Как выполняется сварка бронзы, какие существуют методики

Как выполняется сварка бронзы, какие существуют методики

Бронза среди материалов получила большую популярность. Но существенно портят всю картину сложности, возникающие во время проведения сварочных работ. Многие понимают, что бронза – это не химический элемент, а сплав, однако не каждый знает о том, что состав материала может быть различным.

В общем смысле под бронзами подразумевают сплавы меди, в которые добавлены такие легирующие элементы, как алюминий, олово, кремний или марганец.

Сразу отметим, что по ряду физических свойств бронза схожа с латунью. В частности, для этих материалов определены идентичные способы сварки. В металлургии же существует четкое разделение сплавов. Если в качестве основного элемента используется медь с цинком, то образованный сплав называется латунью.

Виды бронзы определяются, в зависимости от того, какой элемент используется для легирования. В простейшей классификации бронзы можно разделить на оловянные и безоловянные. Оловянная бронза в своем составе, помимо меди и олова, может иметь никель, фосфор, цинк. Считается, что именно добавление в сплав олова делает его более качественным.

Приготовление флюса: особенности

Теперь нужно приготовить своими руками флюс, который и будет использоваться для пайки. Обычная канифоль в данном случае не сгодится. Она не будет способна расплавить тугоплавкий порошок. Для этих целей понадобится куда более мощная смесь. Для приготовления понадобится 20 грамм порошка буры и 20 грамм борной кислоты. Смешивать ингредиенты придется в специальной таре. Можно использовать стекло, так как оно не вступает во взаимодействие с данными компонентами. Залить смесь необходимо стаканом воды. В результате получается отличный флюс, который идеально подойдет для пайки бронзы.

Высокотемпературная пайка чугуна

Для данного типа соединения чугунных элементов используют припои на основе меди. Хотя пайка латунью (сплава меди и олова) не является самым лучшим припоем из-за ее температуры плавления. Если позволяет бюджет и ориентировочная себестоимость полученной продукции, следует задуматься о припоях, где серебро является основой и содержит примеси никеля. Такой сплав имеет промежуточные показатели плавления между различными типами припоев и образует прочное и качественное соединение даже при отсутствии большого предварительного опыта в данной области. Данный способ пайки чугунных деталей вынуждает к использованию активных поверхностных флюсов, способных растворить и покрыть пленкой выступающие фазы графита на поверхности. Смачивание металла и припоя становится максимальным и не доставляет хлопот, стекая и «убегая» из спаиваемого шва. Основное достоинство применения припоев с серебром и никелем это отсутствие необходимости механической и высокотемпературной предварительной обработки. Более низкая температура процесса не позволяет происходить фазовым превращениям в чугуне, тем самым практически невозможно возникновение хрупкого цементита в остывающей детали.

Медные припои, из-за высокой температуры плавления, лучше избежать при пайке ответственных деталей и узлов, по причине вероятного перегрева чугуна. Содержание фосфора в составе припоя, при повышении температуры и при взаимодействии с металлом, может привести к возникновению фосфорно-железных эвтектик, отличающихся хрупкостью и низкими механическими характеристиками.

Инструменты для пайки

Перед началом работы нужно подготовить специальные инструменты и приспособления для пайки медных соединений. Вам понадобится:

  1. Газовая или кислородная горелка для пайки меди (с азотом, ацетатом и т. д.);
  2. Припой (для капиллярной пайки согласно ГОСТ Р 52955-2008);
  3. Щетка (жесткая, но не металлическая) и абразивная бумага для зачистки медных соединений;
  4. Фитинги или другие соединяемые элементы;
  5. Паяльный флюс.

Нужно отметить, что если работа производится на трубных соединениях, то еще может понадобиться фаскосниматель, расширитель, специальное устройство для резки. Все эти приспособления можно найти у профессионального сантехника, чтобы не покупать их.

Фото — горелка

Горелки для меди бывают: профессиональными (для работы с твердыми припоями), для разогрева труб и пайки мягкими пастами, полупрофессиональными или комбинированными. Также есть специальные фены, которыми производится мягкая пайка. Они позволяют быстро разогреть место стыка температурой до 650 градусов.

  1. Твердые. Они представлены стержнями определенного диаметра, который подбирается исходя из определенного зазора при соединении. Используется при соединении меди с железом в системах водоснабжения, подвода газа и системах кондиционирования. Этот припой может быть с фосфором или серебром; Фото — твердый припой
  2. Мягкие могут быть как в виде пасты, так и тонкой проволоки до 3 мм диаметром. Они производятся со свинцом, оловом. Также иногда процесс осуществляется ортофосфорной кислотой.

Также для соединения медных сплавов обязательно нужно использовать флюс. Он выполняет несколько полезных функций: способствует лучшему растеканию припоя по металлу, защищает место обработки от кислородной пленки, очищает шов от окиси. Флюсы бывают с бурой (для различных высокотемпературных припоев), применяется для среднеплавких соединений золота, меди, бронзы, чугуна, нержавейки. Внешне они выглядят как паста, наносятся специальной кистью.

Фото — флюс-паста

Щетки и абразивные листы (наждачная бумага) нужны для того, чтобы после окончания работ удалять с места шва остатки припоя. Фитинги подбираются исхода из потребных соединений (они могут быть разветвляющими, угловыми, изогнутыми и т. д.).

Фото — паяльник

Выбор оптимальных материалов

Прежде чем искать оптимальный вариант для пайки латуни, необходимо установить ее марку. Только в этом случае можно гарантировать приемлемый результат операции.

Выбор подходящего припоя

Это материал, обычно сплав, которым спаивают элементы. Главная его особенность — температура плавления, обязанная быть ниже, чем у соединяемых металлов. Типичные примеры сплава — олово со свинцом, чистое олово. Однако качество, механическая прочность такого сцепления и внешний вид очень далеки от идеала. Причины низкого качества — поры, появляющиеся в результате испарения цинка. Чтобы обеспечить надежный контакт, температура плавления материала обязана быть значительно ниже латунной, а припой должен обладать отличной адгезией с этим сплавом.

  1. Для пайки латуни, содержащей большое количество меди, лучше брать составы, относящиеся к медно-цинковым припоям, так как в результате присадки цинка снижается температура плавления данных сплавов. Например, припои ПМЦ54 и ПМЦ-48 плавятся при температуре 880°, ПМЦ-36 — при 800-825°.
  2. Для таких же сплавов можно пользоваться серебряными припоями — марки от ПСр12 до ПСр72. Если в латуни большее содержание цинка, то рекомендованы аналогичные припои, однако не ниже ПСр40.
  3. Относительно недороги медно-фосфорные припои — МФ-1, МФ-2, МФ-3. Они пластичны, но обладают хорошей электропроводностью. Если механические и вибрационные нагрузки будут велики, то лучше приобрести припои с серебром.
  4. Если необходимо гарантировать особую прочность, то выбирают твердые медные сплавы: например, универсальный L-CuP6.

Последняя марка припоя имеет диапазон температур — 710-880. Она предназначена для работы с бронзой, красной бронзой, латунью, а также медью, при монтаже труб, радиаторов, системы отопления. При использовании серебряных или фосфорных припоев надо учитывать, что латунь интенсивно растворяется, поэтому время обработки (нагрева и пайки) необходимо сократить.

Флюсы: самодельные или готовые

Флюсы очищают поверхность металлов от жира, а также предотвращают образование оксидной пленки. Их тоже подбирают в зависимости от состава сплавов. Для соединений меди достаточно одной лишь канифоли, однако для латуни уже необходимо более агрессивное средство. Самый простой вариант флюса для пайки латуни — смесь буры с борной кислотой (1:1). Ее заливают водой (5 мм на 1 г), кипятят, помешивая, потом остужают. Однако лучшими характеристиками обладают «профессионалы» — покупные составы.

Читайте также  Садовые лавки своими руками

  1. Флюс Бура. Он известен очень давно, однако с тех пор не растерял своих поклонников. Причина популярности — его качественная работа.
  2. Не менее эффективны другие марки: ПВ-209 (от 700 до 900°), ПВ-209Х (от 650 до 850°).

Популярные импортные марки — немецкие порошки FELDER Cu-Rosil, Chemet FLISIL-NS-Pulver, флюс-паста Chemet FLISIL-NS-Paste. На рынке существует множество флюсов, предназначенных и для пайки латуни — как импортных, так и отечественных, поэтому с выбором проблем не возникнет.

Припои и флюсы: классификация и методы выбора

Для получения хороших результатов пайки обязательно применяются добавки в виде флюсов и различных припоев.

Припоем называется определённый металл, который после его расплавления проникает в металлы, подготовленные для пайки.

Чтобы добиться надёжного контакта, марка припоя должна обладать температурой плавления, которая будет значительно ниже температуры плавления самой латуни. В то же время он должен обладать хорошей адгезией с латунью. Поэтому для паяния латуни применяют специальные припои.

Только в крайнем случае, если паяют детали, на которых не лежит большой ответственности за весь агрегат, и нет высоких требований к прочности, применяют обычные сплавы олова со свинцом.

Современные припои классифицируются следующим образом:

  • По температуре плавления. Они бывают мягкие с температурой плавления достигающей 400°C; полутвёрдые с температурой плавления олова и твёрдые. Температура плавления твердых припоев превышает 500 °C.
  • По типу расплавления. Припои, которые расплавляются в процессе пайки полностью или частично.
  • По способу получения припоя. Производятся готовые припои, и припои которые образуются в процессе пайки. Такая пайка называется контактно – реактивная.
  • По перечню химических элементов, добавленных в состав. Таких элементов применяется достаточно большое количество. От распространенных металлов цинка, олова, алюминия, до редкоземельных металлов галлия, индия, палладия.
  • По технологии изготовления припоя. Они бывают: проволочные, штампованные, катанные, литые измельчённые.
  • По виду припоя. Их производят в виде проволоки, готового порошка, в виде ленты и отдельных листов, в форме таблеток и готовых к применению закладных деталей.
  • По способу образования флюса. Припои делятся на две большие категории: флюсуемые и так называемые самофлюсующиеся.

Припои, так же как и латунь, маркируются заглавными буквами и цифрами. По маркировке можно определить для какой латуни предназначен конкретный припой. Например, если необходимо спаять деталь из латуни, в которой большой процент меди, то предлагается использовать припой марки ПСр12 или ПСр72. Этот припой в своём составе содержит большой процент серебра. Если в латуни присутствует большой процент цинка, то целесообразно использовать припой ПСр40. Поэтому, чтобы получить надёжное соединение после пайки, необходимо понимать, какие нагрузки возлагаются на ремонтируемую деталь. Если деталь стационарная и не несёт больших вибрационных нагрузок (например, элементы сантехники) можно смело применить припой мари ПМЦ. Если же необходимо обеспечить прочное соединение применяют специальные твёрдые припои, такие как L-CuP6. Этот припой имеет очень высокую температуру плавления — 730 °С.

Припои для латуни

Чтобы правильно выбрать марку припоя, можно воспользоваться следующим методом:

  • Определить температуру плавления деталей, которые планируется спаять.
  • Уточнить коэффициент температурного расширения. У латуни, которую планируется паять и припоя он должны быть очень близким.
  • После пайки припой не должен снижать механические характеристики отремонтированной детали.
  • Припой должен образовывать с основной латунной деталью гальваническую пару. Если этого не обеспечить будет быстро происходить процесс коррозии.
  • Свойства припоя должны соответствовать всем техническим и эксплуатационным характеристикам.
  • Припой должен обеспечивать в процессе пайки хорошую смачиваемость основной детали.

Флюсом называют специальное вещество, которое позволяет подготовить поверхность металла, то есть, снять с неё образующийся налёт окисла, жирные и водяные пятна. Без применения флюса качественно спаять латунную деталь невозможно. Флюсы подбираются в зависимости от химического состава латуни.

Опыт показывает, чтобы качественно спаять детали из распространенных марок латуни ЛС59 и Л63 достаточно иметь флюс, состоящий из хлористого цинка, растворённого в борной кислоте. Если необходимо спаять латунь, в составе которой имеется свинец и кремний (например, марка ЛКС80), то необходим флюс, имеющий соединения фтора и калия. Их также растворяют в борной кислоте, или буры. Подобный флюс для пайки можно приготовить и в домашних условиях, используя соответствующие элементы в требуемом процентном соотношении.

Флюс-паста для пайки латуни

Сегодня промышленность предлагает готовые флюсы для паяния латуни. К ним относятся: флюс «Бура»; флюсы ПВ-209 и ПВ-209Х.

2 Пайка латуни – особенности материалов

Чаще всего работать паяльником приходится по сплаву меди и цинка, именуемому латунью. Этот материал преимущественно встречается в промышленности и домашнем хозяйстве, так из этого материала делают радиаторы, трубы и множество других изделий. Поэтому рассмотрим особенности работы с ним. Во-первых, очень важно правильно подобрать флюс для пайки латуни. Ведь обыкновенный канифольно-спиртовый неспособен хорошо удалить оксидную пленку с ее поверхности, поэтому необходимо использовать более активные компоненты, основой которых может являться хлористый цинк.

Для пайки элементов в соляных ваннах нашли свое применение флюсы, содержащие буру либо фтороборат калия. Обычно их содержание в растворе около пяти процентов. Они способствуют лучшему затеканию связующего компонента в зазоры.

Во-вторых, с особым вниманием следует подбирать и припой для пайки латуни. Для газовых сред отлично подойдут серебреные и медно-фосфорные компоненты. Они применимы и для работ с латунями, где большое содержание меди. В последнем случае в качестве припоя можно использовать даже латунь, просто ее температура плавления должна быть значительно ниже, чем у основного сплава, из которого сделаны детали. Весьма распространенной является пайка латуни твердым припоем. Так, допустим, для соединения радиаторов, медных труб и иных элементов отопительных систем используют L-CuP6. Вообще, твердые припои выигрывают по сравнению с мягкими, так как прочность соединения будет большей.

Также важно рассмотреть ситуацию, когда материал соединяемых деталей различен, например, как происходит пайка меди с латунью, в домашних условиях данный процесс вполне осуществим, главное, знать некоторые его особенности, и какой припой следует использовать. При нагреве на поверхности латуни образуется оксидная пленка, также чрезмерное тепло способствует и испарению цинка из этого сплава, который попадает в жидкий металл-связку. В связи с этим швы получаются более пористыми, что способствует ухудшению прочности сцепления.

Кроме того, из-за данного свойства очень редко применяют высокотемпературную пайку в специальных печах. Что же насчет пайки в газовых средах, то это лучше делать с применением флюса, если же такой возможности нет, тогда на поверхность деталей из латуни следует нанести слой никеля либо же меди. Подобное решение позволит избежать выделения цинка и, соответственно, соединения будут более надежными. Некоторые припои содержат вещества, которые выполняют и роль флюса, что делает работу проще, ведь не нужно жонглировать множеством компонентов во время работы. Примером может служить меднофосфорный припой.

Использование горелки

Для пайки латуни можно использовать газовую горелку. Особые требования предъявляют к размещению заготовки – ее необходимо поместить на поверхность из жаропрочного материала.

Читайте также  Как заварить бензобак

Подготовительный этап не отличается от аналогичной процедуры перед пайкой электрическим паяльником.

Процесс начинают с постепенного нагрева поверхности, с целью увеличения смачивающих свойств припоя. После этого заготовку прогревают до рабочих параметров, достижение которых характеризуется появлением характерного красного оттенка на поверхности.

Использование горючего газа не имеет особых преимуществ перед электрическими источниками питания.

Пайка латунью

Сплавы из латуни в качестве припоя довольно часто применяются в строительстве при работе с большинством металлов. С их помощью можно соединять детали из меди, стали и даже чугуна.

Так, например, чугунные элементы достаточно трудно сварить, так как для этого необходим специальный электрод, флюс и серьезный разогрев. В то же время их достаточно легко можно соединить с помощью латунного припоя.

Очень распространен способ пайки латунью при соединении труб встык, где очень важно, чтобы постоянным оставалось их внутреннее сечение. После применения такого метода внешние габариты остаются практически неизменными, внутреннее сечение сохраняется, а стык надежно герметизируется.

С помощью латунного припоя можно соединять различные детали систем охлаждения в электронных приборах, медные трубки жидкой системы охлаждения в мощных серверах.

Однако следует иметь в виду, что латунные швы по прочности уступают сварному соединению, поэтому относиться к ним следует бережно.

В некоторых случаях применяется лужение или пайка латунью стали. Ее используют для нанесения на поверхность деталей из стали антикоррозийного покрытия. Лужение чаще всего подходит для обработки небольших единичных изделий, в промышленных масштабах оно практически не применяется.

При соединении деталей из низколегированных и углеродистых сталей иногда используется твердая пайка, где латунный припой должен иметь температуру плавления выше 450 градусов.

В процессе пайки латунных сплавов следует иметь в виду, что могут выделяться ядовитые для человека пары цинка. Поэтому в помещении, где будут проводиться работы, должна быть хорошая вентиляция.

При наличии всех необходимых материалов и инструментов и строгом соблюдении рекомендаций, результаты пайки латуни будут самыми положительными. Всю работу можно сделать самостоятельно, не прибегая к помощи специалистов, которая стоит весьма недешево.