Низкотемпературная пайкосварка выполняется ацетиленокислородным пламенем, которое позволяет выполнять независимый, раздельный нагрев основного и присадочного металлов, флюсов. Вид пламени – строго нормальное. Вместо ацетиленокислородного пламени можно использовать пропано-кислородное. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода пропана 60–70 дм3/ч на 1 мм толщины металла.
Перед пайкосваркой изделие прогревают до 300–400 °C в печи, а при небольших размерах изделия – пламенем газовой горелки. С места сварки должны быть удалены загрязнения (окислы, жир и др.). Кромки разделывают механическим путем, как и при сварке. При разделке сквозных трещин притупление должно быть не более 1,5 мм. Места сварки зачищают до металлического блеска.
Подготовленные к сварке кромки обжигают пламенем горелки с избытком кислорода для выжигания графита на поверхности кромок, чтобы улучшить смачиваемость чугуна припоем и сцепление металлов. На нагретую поверхность наносят слой специального флюса марки ФСЧ-2 или МАФ-1 (табл. 37)[26]. Специальные чугунные присадочные прутки марки НЧ-2 или УНЧ-2 (табл. 38) также покрывают флюсом, предварительно подогрев их.
Признаком готовности кромок к пайкосварке является равномерное растекание расплавленного флюса по кромкам (это 800–850 °C). Конец присадочного прутка разогревается и опускается во флюс, при этом пламя горелки не должно отводиться от места нагрева, а на кромки нужно периодически подавать флюс. На горячий пруток налипает нужное количество флюса. Затем расплавляется конец прутка с флюсом. Капли расплавленной присадки растираются тонким слоем по поверхности разогретых кромок этим же прутком. При соприкосновении капли с кромкой соединения на поверхности кромки повышается температура, так как капля отдает свою часть теплоты. Под действием флюса и пламени капли жидкого припоя хорошо растекаются по кромкам тонким слоем, заполняя поры и пустоты в чугуне, обеспечивая улучшение прочности сцепления.
Отрицательное влияние свободного графита на кромках при смачивании уменьшается активными добавками во флюсе.
Можно применять пайкосварку латунными припоями. Этот метод отличается тем, что рабочая температура процесса составляет 650–780 °C (т. е. практически температура смачивания поверхности металла), что не изменяет существенно структуру чугуна, а значит, не вызывает термических внутренних напряжений. Соединяемые кромки должны быть шероховатыми, так как гладкие поверхности латуни плохо смачиваются и сцепление латуни с чугуном недостаточно прочное. Углерод тоже препятствует смачиванию латунью, поэтому его выжигают с кромок окислительным пламенем или покрывают кромки пастой из железных опилок, борной кислоты и нагревают кромки пламенем горелки до 750–900 °C. Способ выжигания углерода окислительным пламенем проще и используется чаще.
Пайкосварка состоит в следующем: нагрев кромок до красного цвета, обработка флюсом, облуживание нормальным пламенем или немного окислителем. Пайкосварка выполняется в слегка наклонном положении снизу вверх, чтобы расплавленная латунь не закрывала луженые участки. Лучшие результаты достигают при левом способе сварки. Расстояние между ядром пламени и концом прутка должно составлять 2–3 мм, угол между горелкой и деталью – 20–30°. После сварки изделие медленно охлаждают под слоем асбеста или в песке.
В качестве присадочных материалов берут латунь Л63, ЛОK59–1-03 или ЛОМНА 49–05–10–4–0,4 по ГОСТ 16130–90. Испарению цинка препятствует пленка окислов кремния, а также избыток кислорода в пламени. Без применения мер защиты угар цинка составит 5 %, а цинковый дым ядовит для организма человека. Соединения при такой пайкосварке получаются почти равнопрочные с низкоуглеродистой сталью.
Снижение рабочей температуры достигается применением специальных флюсов, например марки ФПСН-1 и ФПСН-2. Флюсом нейтрализуется вредное действие свободного графита. При температуре плавления флюсов 600–650 °C они являются индикаторами начала процесса при пайкосварке, т. е. сигналом для расплавления припоя. Флюс применяют в виде пасты, разведенной водой, или в виде порошка.
Наплавленный металл сразу же после сварки проковывают при температуре 600 °C ручным медным молотком.
Для исправления мелких дефектов на последующих операциях механической обработки применяют также газопорошковую пайкосварку. Исправляемую поверхность нагревают газовой горелкой до 300–400 °C, этой же горелкой напыляют слой порошкообразного сплава, не доведенного до расплавления, на напыленную поверхность наплавляют порошкообразный сплав. Деталь нагревается незначительно, сохраняя окончательные геометрические размеры. Порошковые материалы (например, сплавы НПЧ-1 и НПЧ-2) подают к месту сварки через горелку.
Сварка алюминия и его сплавов
Сварка алюминия и его сплавов затруднена тем, что на поверхности расплавленного металла постоянно образуется тугоплавкая пленка оксида алюминия Al2O3, препятствующая сплавлению частиц металла между собой. Высокая температура плавления оксида алюминия (2050 °C) и низкая температура плавления алюминия (658 °C) крайне затрудняют управление процессом сварки. Попадая в шов, окисная пленка образует неметаллические включения, резко снижая показатели прочности и пластичности.
Алюминий при расплавлении не меняет свой цвет, поэтому визуальное наблюдение при сварке за состоянием ванны затруднено, особенно при подогреве, так как в один момент металл стыка может просто провалиться, распасться. Алюминий очень хрупок в нагретом состоянии. При сварке окисную пленку удаляют флюсами, покрытиями электродов и специальными циклическими импульсами на дуге от источников питания.
Следующая трудность – образование пор по причине наличия в шве водорода. Он, вяло выделяясь из ванны, оставляет дефекты в виде пор. Алюминий при сварке склонен к кристаллизационным трещинам. Присутствие в нем железа и кремния сильно влияет на появление трещин в металле шва. Увеличение содержания кремния до 0,6 % снижает стойкость против образования трещин. Железо в шве до 0,7 % положительно влияет на стойкость к образованию трещин. При содержании железа более 0,8 % стойкость к образованию трещин снижается.
К проблемным параметрам алюминия при сварке относятся также высокая теплопроводность – в 3 раза выше, чем у железа, и высокий коэффициент теплового расширения – в 2 раза больше, чем у железа, что способствует увеличению деформаций.
Абсолютное большинство сварных конструкций изготавливается из деформируемых, термически не упрочняемых сплавов алюминия с марганцем (АМц) и с магнием (АМг), а также литейных недеформируемых сплавов алюминия с кремнием (силумин). К таким сплавам относятся: АД, АД-1, АМц, АМг, АМг3, АМг5В, АМг6, АВ, АД33, АД35, Д20, ВАД-1, В92У.
Для прочих сплавов сварка плавлением почти не применяется, так как околошовная зона сильно разупрочняется и невозможно получить прочное соединение. Распространенный сплав алюминия с медью (4–5 % Cu) Д16, Д1, называемый дюралюминием, имеет очень плохую свариваемость и для сварных конструкций не применяется, а соединяется клепкой.
Высокая теплопроводность алюминия и его сплавов требует применения специальных технологических приемов, а при массивных деталях – предварительного подогрева. Алюминий сваривают плавлением и давлением; в первом случае применяется ручная и механизированная сварка в аргоне плавящимся и неплавящимся электродом, покрытыми электродами, газовая.
Независимо от способа сварки алюминиевые изделия перед сваркой должны проходить специальную подготовку, заключающуюся в обезжиривании металла и удалении с его поверхности пленки оксида алюминия. Поверхность металла обезжиривают растворителями (авиационным бензином, техническим ацетоном), затем механической зачисткой или химическим травлением удаляют оксидную пленку.
Химический способ удаления пленки оксида алюминия состоит из следующих операций: травление в течение 0,5–1 мин раствором 45–55 г едкого натра и 40–50 г фтористого натрия на 1 л воды; промывка в проточной воде; нейтрализация в 25–30 %-ном растворе азотной кислоты в течение 1–2 мин; промывка в проточной, а затем в горячей воде; сушка до полного удаления влаги. Обезжиривание и травление рекомендуется делать не более чем за 2–4 ч до сварки.
Ручную электросваркуалюминия используют во многих случаях.
Ручную сварку угольным электродом на постоянном токе прямой полярности используют только для неответственных изделий. Этот способ сварки ранее успешно был внедрен электротехниками для сварки контактов электропроводов. Недостаток: чистый алюминий загрязняется углеродом. Оксидную пленку удаляют с помощью флюса АФ-4А (табл. 39). Сварку ведут на графитовых или угольных подкладках. Электроды графитовые или угольные, ∅ 8–15 мм; сварочный ток – 150–450 А. Флюс наносят на основной и присадочный материал.
