Флюс наносят в зону сварки различными удобными способами в виде пасты или порошка, прилипающего к разогретому металлу. Находящиеся во флюсе фтористые соединения растворяют окисную пленку Аl2О3 в расплавленной ванне, а хлористые соли лития отнимают кислород у окиси алюминия, и металл становится чистым. Флюсы очень гигроскопичны, поэтому их хранят в герметичной таре. Флюс, разведенный в виде пасты на воде, может храниться не более 10 часов.
Соли лития очень дефицитны и дороги, поэтому делается много попыток создать флюсы, не содержащие лития. Но все безлитиевые флюсы на сегодняшний день не являются полноценными; это всего лишь заменители, дающие более или менее удовлетворительные результаты.
Настоящий флюс содержит от 15 до 30 % солей лития. Проверка его пригодности проводится так: нагревается небольшая зона (точка) горелкой до появления серой шероховатой поверхности (окисления), затем разогрев посыпается флюсом. Если поверхность металла очищается до ртутного блеска, то флюс хороший.
Сварку осуществляют в нижнем положении за один проход с максимально возможной скоростью. Левым способом сваривают детали толщиной до 5 мм, правым – толщиной свыше 5 мм. Сварку плоских конструкций целесообразно выполнять обратноступенчатым методом.
Детали толщиной свыше 10 мм перед сваркой рекомендуется подогреть до температуры 300–350 °C. В качестве присадочного материала используют сварочную проволоку одиннадцати марок (СвАК5, СвАМц, СвАМг3 и др.).
Пламя газовой горелки нормальное, его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 75 дм3/ч на 1 мм толщины металла. Сварку ведут с расположением мундштука горелки под углом 20–40°, а прутка – под углом 40–60° к плоскости детали. При сварке нужно постоянно помешивать (или щупать – при подогреве) концом прутка ванну. Прочность сварного шва составляет 70–90 % от прочности основного металла. Чтобы флюс не разъедал алюминий, после сварки его удаляют промывкой горячей водой или пятиминутным травлением в 2 %-ном растворе хромовой кислоты при температуре 80 °C. При обнаружении на поверхности белого налета промывку повторяют.
Температура плавления меди – 1083 °C, прочность – 25 кгс/мм2. Ее теплопроводность в 6 раз выше, чем у стали, поэтому при сварке требуется дополнительный нагрев мощным источником теплоты. Медь пластична в холодном состоянии и очень хрупка при больших температурах, теряя одновременно и прочность. Отливки из меди имеют большую пористость и литейную усадку, поэтому литые детали из чистой меди не делают. Расплавленная медь хорошо растворяет газы, выделяя их при затвердевании, и это вызывает пористость.
Нагретая медь легко поглощает водород, порождающий так называемую водородную болезнь меди. Водород проникает на большую глубину и, взаимодействуя с закисью меди, восстанавливает ее по реакции Cu2О + Н2 = 2Сu ++ Н2О. Нерастворимые в меди молекулы воды накапливаются внутри металла в больших количествах, и при кристаллизации возникают или трещины в уже остывших местах, или поры там, где металл еще жидкий. Большое внутреннее давление в порах после охлаждения разрывает металл, образуя множество микротрещин и делая металл непрочным. Для предупреждения этого следует снижать количество водорода в зоне сварки (прокалка электродов и флюсов, применение осушенных защитных газов; особенно хорошо действует азот).
Медь легко окисляется в расплавленном состоянии и образует с кислородом два окисла: закись меди Cu2О и окись меди СuО. Закись меди имеет разную растворимость в жидком и твердом металле и температуру плавления 1064 °C, что ниже температуры плавления самой меди. Это приводит к неметаллическим включениям и снижает теплопроводность.
Более легкоплавкая эвтектика Cu2О + Сu при затвердевании выпадает в последнюю очередь, располагается по границам кристаллов и в итоге приводит к образованию горячих (кристаллизационных) трещин. Качество такого сварного соединения невысокое. Поэтому предельное содержание кислорода в меди должно быть строго ограничено до 0,03 %, а в некоторых ответственных изделиях – до 0,01 %. Наилучшую свариваемость имеет электролитическая медь, содержащая не более 0,05 % примесей. На свариваемость меди также оказывают большое влияние примеси, входящие в ее состав (кислород, висмут, свинец, сера, фосфор, сурьма, мышьяк); особенно отрицательно влияют висмут и свинец.
Высокая теплопроводность меди заставляет применять при сварке высококонцентрированные источники нагрева, а иногда – предварительный и сопутствующий подогрев, так как даже тепла дуги для качественного прогрева металла не хватает. Высокий коэффициент линейного расширения требует принимать особые меры против деформации, в том числе необходимо минимизировать количество прихваток в узле.
Для меди и сплавов на ее основе могут быть использованы все основные способы сварки плавлением, но при этом надо четко представлять все перечисленные ее свойства и особенности поведения. Например, сварка меди газами – заменителями ацетилена не рекомендуется к применению из-за большого количества кислорода в пламени, который насыщает расплавленный металл кислородом, водородом и шлаковыми включениями.
Незначительное количество кислорода присутствует даже в очень чистой меди, но это практически неопасно, так как его молекулы распределяются вдоль волокон металла и слабо влияют на механические свойства меди. Но достаточно нагреть прокат для сварки, как вновь образуются крупные кристаллические зерна металла, по границам которых появляется кислородная эвтектика, снижая механические свойства меди. Восстановить эти свойства можно механической обработкой, т. е. пластическим деформированием в холодном состоянии (проковка, гибка, прокатка и т. п.).
Сварку меди выполняют только в нижнем положении шва следующими видами и способами:
● дуговая сварка угольным и металлическим плавящимся и неплавящимся электродом;
● газовая сварка ацетиленокислородным пламенем; в качестве защитной среды используются флюс, инертный по отношению к меди газ (азот, аргон), а также электродные покрытия.
При дуговой и газовой сварке по причине жидкотекучести и большой теплоотдачи меди применяют графитовые или стальные прокладки.
Ручная дуговая сварка угольным или графитовым электродом находит ограниченное применение преимущественно для малоответственных изделий. Электрод затачивают на конус на ⅓ его длины, сварку ведут постоянным током прямой полярности. Плотность тока на электроде обычно составляет 200–400 А/см2 (табл. 42). Для сварки необходимо напряжение 40–50 В и большая длина дуги во избежание вредного влияния на сварочную ванну выделяющегося СО. С этой же целью, а также в связи с возможностью охлаждения ванны присадочный материал не погружают в ванну, а держат под углом примерно 30° к изделию на расстоянии 5–6 мм от поверхности ванны. Угольный электрод держат под углом 75–90° к свариваемому изделию. Из-за длинной дуги возникает явление магнитного дутья, которое следует нейтрализовать.
Сварка меди угольным электродом при толщине до 3 мм выполняется по отбортовке без присадочного металла. Сварку производят на постоянном токе при прямой полярности и только в нижнем положении. Перед сваркой нужен предварительный подогрев до температуры 250–350 °C.
При толщине металла свыше 5 мм стыковое соединение сваривают с разделкой кромок под углом 70–90°. В качестве присадки применяют медь M1, фосфористую медь (например, МФ8) или кремнистую бронзу (например, БрКМц-3–1) диаметров 2–8 мм. Для защиты расплавленного металла от окисления стоит применять присадочный материал с фосфором, который является активным раскислителем и улучшает качество сварного шва. В качестве флюса применяют буру (95 %) с борным шлаком (5 %), или смесь 94–96 % прокаленной буры с 6–4 % металлического магния, или чистую буру (100 %).
Флюс наносят на смоченную жидким стеклом поверхность прутка или на свариваемые кромки в виде пудры и просушивают на воздухе. Можно и макать нагретый пруток в порошок.
Сварку ведут на графитовой или асбестовой подкладке с зазором между свариваемыми кромками не более 0,5 мм, электрод наклоняют углом вперед на 10–20° к вертикали. После сварки рекомендуется проковка швов.
Ручную дуговую сварку покрытыми электродами выполняют на постоянном токе обратной полярности короткой дугой без поперечных колебаний (табл. 43). Лучшее формирование шва обеспечивает возвратно-поступательное движение электрода. Удлинение дуги ухудшает формирование шва, увеличивает разбрызгивание, снижает механические свойства сварных соединений. Сварку можно выполнять и на переменном токе, но сила тока должна быть в 1,5 раза больше, чем при сварке стали.
