Сварка латуни. Как сваривать латунь?

Сварка латуни может осуществляться всеми известными способами сварки. Во многом, процесс сваривания латуни подобен процессу сварки меди. Сварка латунных листов применяется, в основном, при изготовлении приборов для химической промышленности. Профильный прокат предпочтительнее сваривать с помощью контактной сварки. Латуни различных марок содержат в своём составе цинк и другие элементы. И содержание легирующих элементов влияет на свариваемость латуни и изменяет её физико-химические свойства.

Основная трудность при сварке латуней

Основная трудность при сварке латуней различных марок связана с интенсивным кипением и быстрым выгоранием цинка. Цинк имеет низкие температуры плавления (419°C) и кипения (905°C), намного ниже, чем температура плавления основного металла (от 700°C до 1000°C) и это становится причиной выгорания и испарения цинка. Выгорание цинка происходит по реакции: 2Zn+O2=2ZnO.

Большая часть цинка в составе латуни в процессе сварки улетучивается. Часть цинка, соединяясь с кислородом, образует окись цинка ZnO, которая представляет собой белый порошок. Этот порошок покрывает большую часть металла в зоне термического влияния и другие участки вблизи шва, а также открытые части оборудования, находящиеся на рабочем месте.

Кроме того, испарения ZnO очень опасны для человека, поэтому техника безопасности при сварке латуни требует использовать респираторы в процессе сварки. Некоторые технологические приёмы позволяют свести к минимуму выгорание цинка, но даже с учётом этого, при всех основных видах сварки выгорание составляет 25-30% и это приводит к появлению дефектов в сварных швах в виде большого количества пор.

Несмотря на схожесть сварки латуни со сваркой меди, большое содержание цинка требует производить сварку таким образом, чтобы обеспечить отсутствие пор в сварном шве и уменьшить угар цинка.

Подготовка латунных деталей к сварке

Благодаря тому, что теплопроводность латуни ниже, чем у меди, при сварке латуни малых и средних толщин предварительный подогрев не требуется. При сварке латуни большой толщины, желательно проведение местного предварительного подогрева.

Разделка сварных кромок под сварку в стык выполняется, исходя из толщины свариваемого металла. При сварке латунных листов, толщиной до 1,5мм рекомендуется, по возможности, выполнять отбортовку листов. Высота отбортовки равна удвоенной толщине свариваемого металла.

При сварке латуни толщиной 1,5-6мм допускается не подготавливать сварные кромки при этом, между свариваемыми деталями должен быть зазор 1-2мм. В случае применения подкладок зазор допускается увеличивать до 3-4мм. Для обеспечения полного провара по всей толщине металла применяют двустороннюю заварку.

При толщине свариваемой латуни 6-25мм выполняют V-образную разделку сварных швов, хотя более предпочтительной является X-образная разделка (если это возможно) с углом раскрытия 30-45° с обеих сторон. Стыковые кромки следует притупить. Величина притупления 4мм. При увеличенных зазорах качество сварных соединений снижается. А при малых зазорах и длинных сварных швах увеличиваются напряжения в сварной конструкции, что приводит к её деформации.

Выбор присадочного материала для сварки латуни

Выбор той, или иной марки присадочного материала сильно влияет на протекание процесса сварки латуни. В таблице, приведённой ниже, указан состав наиболее применяемых присадочных проволок:

Часто для сварки обычных латуней выбирают присадочную проволоку марок Л62 и Л68. Данные марки не предотвращают выгорание цинка, но качество сварки получается хорошим, сварные швы прочные и хорошо сформированные.

Главным недостатком при сварке латуни обычных является большое количество дефектов в сварных швах в виде пор. Чтобы получить более плотный шов и улучшить прочностные и технологические характеристики, рекомендуется выбирать латунную проволоку, легированную элементами раскислителями. Хорошими раскислителями являются алюминий, кремний, никель, марганец и, иногда, серебро.

Присадочный материал №1 содержит бор и является самофлюсирующим. Выбор данного присадочного материала позволяет исключить применение флюса и увеличивает время сварки на 20-40% по сравнению со сваркой под флюсом.

Присадочные металлы № 2 и 3 - кремнистые латуни. Они обеспечивают малодымный процесс сварки. При их применении угар цинка составляет всего 2%. Присадочный материал №4 содержит цинк и обеспечивает бездымный процесс сварки. Материал №4 был разработан, в первую очередь, для сварки чугуна или стали с латунью, но может успешно применяться для сварки легированных и нелегированных латуней.

Материалы №5 и6 применяются при сварке латуней марок Л62 и Л68 с порошковыми или газовыми флюсами.

Составы №8, 9, 10 содержат олово и кремний в своём составе олово и кремний. Эти материалы показывают наилучшие результаты при ацетиленокислородной сварке латуни. Применение такой присадочной проволоки позволяет получить высокую коррозионную стойкость сварного соединения в морской воде.

Флюсы для газовой сварки латуни

Для газовой сварки латуни применяют те же флюсы, что и для газовой сварки меди. Но наиболее хорошие результаты получаются при применении флюсов следующих составов:

1. Бура (Na2B4O7) - 100%;
2. Бура (Na2B4O7) - 50% и борная кислота H3BO3 - 50%;
3. Бура (Na2B4O7) - 20% и борная кислота H3BO3 - 80%.

Эти флюсы способствуют очистке сварных кромок, препятствуют окислению расплавленной ванны.

По данным Асиновской Г.А., хорошие результаты получаются при выборе газового флюса марки БМ1, имеющим в своём составе 70-75% метилбората B(OCH3)3, 25-30% метилового спирта CH3OH. Применение этого флюса полностью предотвращает выгорание цинка и образование паров ZnO.

Расход флюса БМ1 составляет всего около 30г на килограмм жидкого металла. При избыточном количестве данного флюса качество сварки снижается из-за повышенной пористости шва, т.к. удаление газов из металла шва затрудняется. Расход порошкового флюса получается 25-30г на килограмм наплавленного металла.

Техника сварки латунных изделий

Сварку латуни выполняют с максимально возможной скоростью. Рекомендуемая скорость сварки составляет 0,15-0,25 м/мин, в случае выполнения однослойных сварных швов. При меньшей скорости резко возрастает риск образования большого количества пор в металле шва.

При сварке латуни больших толщин, соединяемые детали устанавливают под углом 10-15° к горизонту и сварку ведут снизу вверх, на подъём. Желательно, при этом, выполнять сопутствующий подогрев. Сварку швов большой длины выполняют обратно-ступенчато. Чаще всего сварку производят нижним швом, но допускается и вертикальный шов. Потолочные швы обычными способами сварки не выполняются из-за повышенной жидкотекучести латуни.

При сварке не в нижнем положении, необходимо применять легированную присадочную проволоку, иначе получившийся сварной шов будет пористым. Однако, по данным исследований Асиновской Г.А., при использовании газового флюса (например, БМ1) и кремнийсодержащей латуни в качестве присадочного материала, сварку допускается выполнять в любом положении.

Сварку латуни рекомендуется выполнять, располагая присадочную проволоку под углом 15-30% к свариваемым кромкам. Горелку следует держать под углом 70-80° к изделию. Сварку производят без поперечных колебаний. При этом присадочный пруток, или проволока, должна находиться над расплавленной ванной, в пламени горелки. Не допускается погружение прутка в расплавленную ванну. Расплавляясь в пламени горелки, он каплями стекает в него.

Качество сварки латуни различных марок

Прочность сварных соединений и качество сварки разных марок латуни различна. На качество сильно влияет присадочный материал. В таблице представлены средние показатели прочности сварных соединений латуни разных марок:

Образование холодных трещин и горячих трещин при сварке латуней возможно лишь при большой длине сварных швов. Эти трещины являются кристаллизационными. По данным исследований Асиновской Г.А., более половины трещин приходится на зону термического влияния и на другие переходные участки сварного соединения. Реже трещины получаются в самом шве.

Отжиг после окончания сварки при температурах 550-650°C, улучшает структуру металла. Хотя на практике применении отжига возможно лишь при небольших габаритах сварного изделия.

Дополнительные материалы по теме: