Контактная сварка латуни


Точечная сварка латуни на машинах типа МТИП

Канд. техн. наук Л.В. Зайчик (ВНИИЭСО)

В связи с высокой тепло- и электропроводностью латуни, для контактной точечной сварки ее необходимы относительно кратковременные импульсы большого сварочного тока. Поэтому на серийных машинах переменного тока можно сварить детали из латуни, толщина которых приблизительно в 2 раза меньше толщины деталей из малоуглеродистой стали, свариваемых на этих машинах при жестком режиме [1]. Так, например, на машине МТП–200 можно успешно сварить детали из латуни толщиной до 2+2 мм. Детали толщиной 3+3 мм на этой машине можно сварить только при значительной перегрузке (потребляемая мощность 290 кВА) и весьма малом усилии электродов (=400 кг) [2].

Машины типа МТИП, предназначенные главным образом для сварки легких сплавов, обеспечивают возможность получения весьма больших сварочных токов при потреблении умеренной мощности из трехфазной сети и, следовательно, имеют данные, благоприятные для сварки латуни [3].

Учитывая это, ВНИИЭСО в 1954 г. было проведено экспериментальное исследование технологии точечной сварки латуни одним импульсом практически постоянного тока на машинах МТИП. Ниже рассматриваются некоторые результаты этого исследования. В таблице приведены режимы и результаты сварки пакетов из листов латуни Л62 толщиной от 2 до 5 мм при различных комбинациях толщин.

Толщина листов в пакете, мм

Сварочный ток

Длительность включения , с

Усилие электродов , кг

Размеры литого ядра

Разрушающая нагрузка на одну точку , кг

Максимальное значение , кА

Действительное значение , кА

Диаметр ядра , мм

Высота ядра , мм

2+2

45

35

0,16

700

8

2

1100

3+3

51

42

0,24

850

11

3,5

2100

4+4

60

50

0,38

1000

13,5

5

3200

5+5

62

56

0,44

1350

15

5,5

4700

2+5

45

37

0,2

700

9

4

-

3+5

51

42

0,26

850

11,2

5,1

-

2+5+2

47

38

0,22

850

8,4

5,8

-

5+2+5

48

38

0,26

850

9,6

7,5

-

4+4+4+4+4

58

52

0,43

1350

12…13

16

-

5+5+5

60

53

0,44

1350

13,5

11,5

-

5+5+5+5+5+5+5

60

53

0,44

1350

9,5…12

16

-

До сварки листы зачищались мелкой наждачной бумагой. Во всех случаях применялись медные электроды со сферической рабочей поверхностью 150 мм. Следует, однако, указать, что медные электроды при сварке листов толщиной 4 и 5 мм очень быстро сминаются. Это приводит к уменьшению диаметра ядра. Вероятно, для сварки латуни целесообразно применять электроды из кадмиевой бронзы.

Характерная особенность приведенных в таблице режимов заключается в применении больших усилий на электродах, импульсов с большими величинами максимального и действующего значения сварочного тока, а также малой длительности включения.

Так при сварке листов толщиной 3+3 мм на машине МТП-200, =38600 А, =400 кг, =0,35 сек., средняя разрушающая нагрузка на точку =1700 кг [2], а на машинах типа МТИП (например, МТИП-450)=43000 A, =51000 A, =850 кг, =0,24 сек., =2100 кг. При этом машина МТИП, несмотря на весьма большой вылет электродов (1200 мм), потребляет из трехфазной сети несколько меньшую мощность, чем машина МТП из однофазной сети. Следует так же отметить, что применение жестких режимов при сварке латуни на машинах МТИП уменьшает опасность испарения цинка [1].

Макроструктура поперечных сечений сварочных образцов (рис. 1) свидетельствует о том, что все точки правильно сформированы, имеют симметрично расположенные литые ядра с умеренной глубиной проплавления. В центральной части зоны расплавление листов толщиной 4 мм и более расположены поры и мелкие раковины, не снижающие прочности соединения. Трещин в ядре нет. Наружные поверхности листов сохранились весьма хорошо. Вмятины под электродами и расхождение листов незначительны.

Рис. 1. Макроструктура поперечного сечения соединений толщиной 2+2 мм (а), 3+3 мм (б), 4+4 мм (в), 5+5 мм (г), 5+5+5 мм (д), 3+5 мм (е), 2+5+2 мм (ж), 5+2+5 мм (з), 4+4+4+4+4 мм (и), 5+5+5+5 мм (к).

Типичная микроструктура поперечного сечения точки (пакет 2+2 мм) показана на рис. 2. Литое ядро имеет столбчатую структуру. Стык кристаллов расположен в плоскости сопряжения листов. Зона термического влияния окружает литое ядро в виде оболочки толщиной около 0,4 мм. Металл, расположенный вблизи поверхности листов под электродами, не имеет признаков перегрева. При  мм точки во время испытания одноточечных образцов на растяжение вырывались из листов (рис. 3). При  мм точки срезались в плоскости сопряжения листов, причем в этом случае среднее значение удельной разрушающей нагрузки равно 27 кг/мм².

Рис. 2. Микроструктура поперечного сечения точки (×85):

а – основной метал; б – граница расплавления и зона термического влияния; в – средняя часть литого ядра; стык столбчатых кристаллов.

Рис. 3. Типичное разрушение образцов при испытании на растяжение.

Во время сварки осциллографировались: сварочный ток , падения напряжения  на участке электрод – электрод и  на участке лист верхний – лист нижний. Схема замеров и типичная осциллограмма (пакет 4+4 мм, режим по таблице) приведены на рис. 4. По осциллограммам построены графики изменения сопротивлений  и  указных выше участков и график энергии , выделявшейся на сопротивление  (рис. 4, в) во время сварки.

Рис. 4. Точечная сварка латуни Л62 толщиной 4+4 мм на машинах МТИП:

а – схема замеров параметров режима сварки; б – осциллограмма сварочного тока  и напряжений  и ; в – график измерения величины тока, энергии и сопротивления во время сварки.

Начальные значения сопротивлений  и  определить по осциллограммам невозможно, но уже через 0,01 сек после включения сварочного тока сопротивления, уменьшаясь, достигают значения =17 мкОм, =7 мкОм. Продолжая уменьшаться, они почти одновременно (к моменту =0,04 сек.) достигают минимальных за время сварки значений =10 мкОм, =2 мкОм затем они возрастают и достигают максимальных значений через 0,2…0,24 сек после включения. В дальнейшем эти сопротивления непрерывно уменьшаются. За время включения 0,38 сек. в среднем =11,8 мкОм, =4,5 мкОм. За время формирования соединения на участке электрод-электрод выделилась энергия =11000 Вт.сек, в том числе 4000 Вт.сек. выделилось на сопротивление .

Сварка пакетов из нескольких листов различной толщины проводилась на режимах, близких к режимам сварки наиболее тонких листов, и дала положительные результаты.

Пакеты из нескольких листов одной и той же толщины сваривались при  и , принятых для пакетов из двух листов  был несколько меньше. Это привело к значительному уменьшению среднего диаметра расплавленной зоны. Во всем остальном эти соединения аналогичны соединением, полученным при сварке пакетов из двух листов.

Выводы

Машины типа МТИП, предназначенные для точечной сварки легких сплавов, с успехом могут применяться для сварки латуни.

Рекомендуемые режимы обеспечивают получение вполне доброкачественного соединения при сварке пакетов из двух или нескольких листов толщиной 2; 3; 4 и 5 мм каждый и пакетов из нескольких листов различной толщины.

Литература

1. Гельман А.С., Контактная электросварка. Машгиз, М. 1949.

2. Некрасов Б.М., Радашкович И.М., Контактная электросварка латуни, «Вестник электропромышленности» №1, 1954.

3. Зайчик Л.В. и Канин А.М., Точечные машины типа МТИП, «Сварочное производство» № 8, 1956.

Источник: журнал «Сварочное производство» №1, 1957 г.

k-svarka.com

Специфика сварки латуни

Сварка латуни является технологически сложным процессом, так как входящие в состав сплава медь и цинк обладают различными физико-химическими свойствами. Тем не менее производить соединение различных деталей, изготовленных из латуни, с помощью сварки можно несколькими вполне доступными способами, причем технологически этот процесс в большей степени похож на сваривание меди.

Определение

Латунь является двойным или многокомпонентным сплавом меди и цинка, для чего дополнительно добавляют в состав в небольшом количестве олово, никель, свинец, марганец, железо и другие присадки. Металлургическая классификация разделяет латунь и бронзу как разные по физико-химическим свойствам сплавы.

В промышленности используют два основных вида латунных сплавов:

  • однофазный или альфа, где цинк составляет не более 35% от общей массы. Изделия на основе такого состава легко деформируются в любом состоянии без необходимости в дополнительном нагреве.
  • двухфазный или альфа-бета, в состав которого добавляют до 60% цинковой массы. Отличительной чертой данного сплава является хорошая прочность и износостойкость, а вот обработку приходится производить с помощью давления и высокой температуры.

Особенности при сварке латуни

Основная трудность, с которой сталкиваются при сварке латунных изделий, характеризуется большой разностью значений температур плавления меди и цинка. Так, плавление меди начинается при 1080⁰ C, а цинка всего от 420⁰ C, при этом точка кипения последнего составляет 905⁰ C. Поэтому процесс сварки происходит при интенсивном кипении цинка, что сопровождается его частичным выгоранием и частичным испарением в месте термического нагрева.

Сварка латуни также сопровождается образованием соединения кислорода и цинка или окислением последнего по формуле 2Zn+O2=2ZnO. Оксид цинка в виде пленки белого цвета образуется непосредственно в зоне термической обработки и покрывает участки металла в районе сварного шва, тем самым препятствуя свободному сплавлению латунных деталей.

Для термической обработки латуни также характерен процесс поглощения свободного водорода, который при попадании в расплавленный металл не успевает вовремя выделиться и застывает, тем самым способствуя образованию газовых пузырей и пор в структуре сварного шва, тем самым значительно снижая его прочность.

Таким образом, если обобщить трудности, с которыми придется столкнуться при сварке латуни, то можно выделить:

  • испарение и выгорание цинка,
  • окисления цинка с образованием оксидной пленки,
  • образование пористости и трещин в месте сварки.

Методы сварки латуни

Сварка латуни очень похожа на сварку меди и происходит при температуре в 1100⁰ C, но при этом требуется учитывать все особенности свойственные сплаву меди и цинка, возникающие в процессе проведения сварочных работ.

На практике применяют три основных способа сварки латуни, а именно:

  • электродуговую сварку,
  • газопламенную сварку,
  • аргоновую сварку.

В свою очередь электродуговая сварка делится на:

  • сварку с помощью латунных электродов,
  • сварку с помощью угольных электродов.

Для обычной электродуговой сварки латуни используют постоянный электрический ток прямой полярности. Сварка производится короткой дугой из нижнего положения, которую поддерживают силой тока в 250 ампер для пятимиллиметровых электродов, при этом скорость укладки сварочного шва составляет до 30 сантиметров в минуту.

По окончании работ сварочный шов необходимо проковырять и дополнительно отпустить путем разогрева до температуры в 600-650⁰ C. Изготовление электродов для электродуговой сварки производят из латунной проволоки на основе меди и 40% цинка с небольшими добавками до 5% марганца, алюминия, железа и прочих компонентов.

Выбор электродов

Сварочные электроды для электродуговой сварки латуни используют двух типов:

  • графитированые, для изделий небольшой толщины не требуют дополнительной присадочной проволоки;
  • толстопокрытые электроды, с многослойным покрытием.

Изготавливают электроды путем покрытия сварочной проволоки типа ЛК-80-3 слоем обмазки толщиной в треть миллиметра, приготовленной из смеси состоящей из одной трети жидкого стекла и двух третьих частей сухих веществ:

  • марганцевая руда — 30%,
  • концентрат титана — 30%,
  • ферромарганцевых компонентов — 15%,
  • меловая крошка — 20%,
  • калий сернокислого — 5%.

После высыхания обмазки ее дополнительно покрывают миллиметровым слоем флюса, представляющего собой смесь жидкого стекла с борным шлаком.

Сварку латуни с помощью угольных электродов производят аналогично процессу сварки медных деталей, с той лишь разницей, что применяется в качестве припоя латунная проволока с содержанием цинка до 40% и пятипроцентной марганцевой присадкой, которая покрыта специальным флюсом.

Латунь довольно плохо сваривается с помощью электродуговой сварки, для качественного соединения должны соблюдаться следующие условия:

  • толщина свариваемых листов латуни на один проход не должна быть более 3 мм;
  • объемные изделия необходимо заранее прогревать до температуры в 200-300⁰ C;
  • тонкостенные материалы рекомендуется сваривать одним проходом, так как при многослойной сварке могут образовываться в большом количестве трещины и поры.

Для соединения тонкостенных деталей и труб, выполненных из латуни, в основном применяется газопламенная сварка. При ее использовании для снижения количества испарений молекул цинка, сварку латунных изделий производят пламенем с переизбытком кислорода. Вследствие чего образуется тонкая оксидная пленка ZnO, которая и позволяет в значительной мере уменьшить процесс испарения цинка. Причем кислородный избыток вдобавок позволяет связывать свободный водород, который образовывается в пламени горелки, из-за чего, в свою очередь, уменьшается его проникновение в расплавленный металл.

Флюс для газопламенной сварки изготавливают на основе прокаленной буры с добавлением борной кислоты. Эту сухую смесь предварительно разводят водой до состояния густой пасты, а перед началом работ пастообразную массу флюса просто наносят кисточкой на место будущей сварки.

Сварка латуни в среде аргона

Аргоновая сварка латуни — это процесс соединения металла с помощью электрической дуги в среде инертного газа. В основном используют аргоновую сварку для соединения деталей большой толщины в 5 мм и более.

Устройство аргоновой сварки представляет собой токопроводящий зажим, фиксирующий электрод в виде округлого сопла, при помощи которого на место сварного шва и поступает газ аргон. Формирование сварного шва производится с помощью проволочного припоя, который для качественного соединения должен быть полностью идентичен по составу с латунным сплавом свариваемых деталей.

Обязательным условием качества сварки аргоном является необходимость тщательной подготовки места будущей сварки, как в принципе и для других способ сварки. Для этого на краях заготовок необходимо вырезать специальную сварочную кромку, а место сварки тщательно зачистить до идеального блеска с помощью напильника или наждачной бумаги. Для очистки латунных поверхностей от окислов используют метод травления разбавленным раствором азотной или соляной кислоты, причем кислотную очистку надо проводить непосредственно перед началом сварочных работ.

Пару советов напоследок

В домашних условиях детали из латуни можно достаточно легко спаивать при помощи паяльной лампы и оловянного припоя, используя в качестве флюса вполне доступную буру.

Стоит знать и помнить, что во время сварки латунных изделий образуется оксид цинка в виде белого порошка или белесых паров, который является токсичным веществом и противопоказан для попадания внутрь человеческого организма. Поэтому необходимо производить сварочные работы либо на открытом воздухе, либо при хорошей вытяжной вентиляции, а также в обязательном порядке воспользоваться такими средствами индивидуальной защиты, как защитная маска или защитные очки и респиратор.

wikimetall.ru

Сварка латуни

Подробности Подробности Опубликовано 27.05.2012 13:39 Просмотров: 5992

Чем больше цинка в сплаве, тем ниже температура плавления латуни и тем меньшая требуется мощность пламени горелки. Теплопроводность латуни ниже, чем меди, и уменьшается с увеличением содержания цинка. Теплопроводность латуни выше, чем стали, но пламя горелки берется такой же мощности, как и при сварке стали (100—120 л/ч ацетилена на 1 мм толщины металла). Это делается с целью предупреждения перегрева сварочной ванны и усиленного испарения цинка, которое происходит при температуре 907° С. Пары цинка, соединяясь с кислородом воздуха, образуют окись цинка, которая в виде белого налета осаждается на поверхность свариваемой детали. Окись цинка ядовита.

Особенно сильно испаряется цинк и увеличивается пористость латуни при наличии в сварочном пламени водорода. Поэтому пламя регулируется так, чтобы оно было окислительным с избытком кислорода до 25—35%- При таком пламени уменьшается пористость шва. Однако наличие избытка кислорода в пламени приводит к усиленному окислению цинка. Поэтому требуется применять присадочную проволоку с сильным окислителем. В качестве такого окислителя берут кремний, который восстанавливает имеющиеся в сварочной ванне окислы, при этом получается окись кремния, которая выводится флюсами в шлак.

Применение латунной проволоки марки J1K62-05 (меди 60— 63%, кремния 0,3—С(,7%) позволяет получить высокую плотность шва и в 5 раз меньший угар цинка (1% против 5% при применении проволоки без кремния). В результате прочность соединения повышается при одновременном повышении пластичности и ударной вязкости латуни.

При применении присадочного металла J1K62-05 возможна сварка в любых пространственных положениях.

Для сварки латуней, легированных оловом (например, марки JI062-1) применяется проволока марки JI062-1.

Флюс применяется такой же, как и при сварке меди. При сварке флюс насыпают в разделку шва, на края шва, и вводят в сварочную ванну вместе с присадочной проволокой, обмакивая нагретую проволоку во флюс, помещенный в банку.

Особенно хорошие результаты получаются при применении газообразного флюса БМ-1, представляющего собою пары метилборатов, добавляемых в пламя горелки с помощью специальной дополнительной аппаратуры, разработанной ВНИИавтогеном.

Кромки детали перед сваркой должны быть зачищены до металлического блеска. Окислы, имеющиеся на поверхности латуни, должны быть удалены травлением в 10-процентном водном растворе азотной кислоты. После травления деталь нужно промыть горячей водой и насухо протереть.

Сварку необходимо вести быстро, заполняя шов на полную высоту. Подварка шва, а также многослойная сварка усиливают испарение цинка, что может привести к появлению трещин. При сварке конец ядра пламени должен быть от поверхности металла на расстоянии 7—10 мм, пламя направляется в основном на присадочную проволоку.

При применении присадочной проволоки одинакового состава с основным металлом для получения плотного и прочного шва необходимо проводить проковку шва. Для латуни, содержащей менее 60% меди, проковку ведут при температуре выше 700° С. При содержании меди более 60% проковка шва ведется в холодном состоянии.

После проковки шов отжигают при температуре 600—650°С с последующим медленным охлаждением. После такой термической обработки металл шва становится мелкозернистым и пластичным. Если после нагрева латунь быстро охладить, то она становится хрупкой.

Если сварка проводилась присадочной проволокой марки J1K62-05, то проковка может не проводиться.

При сварке латуни можно применять заменители ацетилена (метан, пропан-бутан, керосин). Благодаря более низкой температуре пламени при сварке латуни заменителями уменьшается испарение цинка. Механические свойства сварного соединения не изменяются. Время наложения шва одинаковое, а подогрев перед сваркой идет быстрее. Номер наконечника, а при работе на керосине — номер мундштука выбирается из расхода ацетилена с учетом коэффициента замены ацетилена.

Сварку производят окислительным пламенем. Соотношение кислорода с заменителем устанавливается практически по аналогии с ацетиленокислородным пламенем. Сварка латуни заменителями вдвое экономичнее сварки ацетиленокислородным пламенем.

p

![CDATA[ // ]]Применение латунной проволоки марки J1K62-05 (меди 60— 63%, кремния 0,3—С(,7%) позволяет получить высокую плотность шва и в 5 раз меньший угар цинка (1% против 5% при применении проволоки без кремния). В результате прочность соединения повышается при одновременном повышении пластичности и ударной вязкости латуни.

electrowelder.ru

Технология сварки латуни

Латуни - сплавы меди с цинком. Для улучшения свойств в них добавляют Al, Mn, Ni, Fe, Sn, Si и др. Такие латуни называют «специальными». Обозначают буквой «Л», справа от которой ставят буквенное обозначение специально вводимых элементов (кроме цинка), затем процент меди и процент специально вводимых элементов в той же последовательности, в какой указаны сами элементы. В маркировке их обозначают русскими буквами:

  • А - алюминий
  • Ж - железо
  • Mг-магний
  • Б - бериллий
  • Н - никель
  • X - хром
  • О - олово
  • Мц - марганец
  • Ц - цинк
  • С - свинец
  • К - кремний

Примеры

ЛТ96 (томпак) - медно-цинковая латунь (96% меди и 4% цинка)

Л68 - медно-цинковая латунь (68% цинка и 32% цинка)

ЛАЖМц70-6-3-1 - специальная латунь (70% меди, 6% алюминия, 3% железа, 1% марганца, 20% цинка)

Трудности при сварке. В процессе сварки сильно испаряется цинк - при температуре 907°С, которая близка к температуре плавления латуни 910°С. При этом ухудшаются механические свойства сварного соединения. Чтобы снизить выгорание цинка, используют сварку на пониженной мощности дуги и присадочную проволоку с кремнием, который создает на поверхности сварочной ванны защитную окисную пленку SiO , препятствующую испарению цинка.

Режимы аргонодуговой сварки латуни

Толщина металла, мм

Диаметр, мм

Сварочный ток, А

Расход аргона, л/мин

электрода

присадка

1,5

2,5-3

1,6

120-140

8-9

2,5

2,5-3

2

190-210

9-10

3

3,5-4

3

210-220

11-12

weldering.com


Смотрите также