Что такое разнородные металлы

Разнородные металлы

Оптимальные эксплуатационные свойства ряда конструкций можно получить, применяя составные комбинированные узлы из разнородных металлов. В этом случае наиболее полно реализуются преимущества каждого из них и экономятся цветные металлы. Естественно, сварка разнородных металлов представляет более сложную задачу, чем сварка однородных.

Количество относительно легкосвариваемых сочетаний разнородных металлов весьма ограничено. К числу таких сочетаний относятся композиции металлов, дающих полную или достаточно широкую область взаимной растворимости в твердом состоянии, например, медь — железо, титан — ванадий, алюминий — серебро. Между тем уже сейчас необходимо сваривать алюминий и его сплавы со сталью, титаном, медью; титан, ниобий, цирконий и его сплавы— со сталью и другими металлами.

Сварка алюминия со сталью находит применение в судостроении и других отраслях промышленности; палубные надстройки длиной в несколько десятков метров состоят из алюминиевого сплава АМг5, а корпус судна — из стали. Ряд деталей — трубы, трапы, мачты, леера изготовляют из алюминиевых сплавов и крепят к стальному корпусу. Сталеалюминиевые конструкции можно изготовлять, применяя прокладки-переходники из биметалла сталь—алюминий (или сплава алюминия). По известным технологическим процессам сваривают однородные металлы, например, алюминий с алюминиевой плакировкой биметалла и сталь со стальным слоем биметалла.

Таким способом можно соединять разнородные металлы встык, В тавр, в угол и внахлестку. Режимы сварки однородных металлов выбирают исходя из минимальной погонной энергии, чтобы обеспечить непродолжительный разогрев места контакта сталь—алюминий в биметалле. В случае перегрева данного места происходит интенсивное взаимодействие алюминия со сталью с образованием хрупких интерметаллидов.

Более сложно осуществлять сварку плавлением алюминия и его сплавов со сталью без биметалла. Непосредственная сварка алюминия со сталью, как правило, не дает положительных результатов. Шов получается хрупким вследствие образования интерметаллидов и большого различия физико-химических свойств соединяемых металлов. Удовлетворительное соединение алюминия со сталью возможно с применением цинкового покрытия. Наличие цинка на поверхности стали улучшает растекание алюминиевой присадки. Слой цинка толщиной до 30 мм предварительно наносят на сталь гальванически или горячим погружением.

При аргоно-дуговой сварке оцинкованной углеродистой стали с алюминием временное сопротивление сварного соединения не превышает 9—10 кгс/мм2. При испытании на разрыв образцы разрушаются хрупко по цинковому покрытию, в изломе часто наблюдаются поры. Наличие цинка на поверхности стали не исключает образования значительной интерметаллической прослойки между сталью и алюминием в результате их взаимодействия в условиях сварки.

Лучшие результаты получаются при нанесении на сталь комбинированного медно-цинкового или никель-медь-цинкового покрытия. Отличительной чертой техники выполнения стыковых и нахлесточных сталеалюминиевых соединений является необходимость точного ведения дуги в течение всего процесса сварки по кромке алюминиевого листа на расстоянии приблизительно 1—2 мм от линии стыка. Присадочную алюминиевую проволоку подают либо по линии стыка, либо немного смещенной в ванночку. При смещении дуги в сторону стали возрастает опасность оплавления последней. При избыточном смещении дуги в противоположную сторону возможно несплавление соединяемых металлов. В сущности, описанное соединение стали с алюминием является сваркой-пайкой. Для алюминия оно является сваркой, а для стали — пайкой.

В случае необходимости соединения коррозионностойкой стали, например 0Х18Н10Т, с алюминиевым сплавом техника подготовки поверхности металла усложняется. На сталь наносят слой алюминия. Свариваемое изделие алитируют (покрывают алюминием) в расплаве алюминия А85. Техника сварки сохраняется та же, что и при сварке углеродистой стали с алюминием. Временное сопротивление сварных соединений стали 0Х18Н10Т с алюминиевым сплавом АМц находится на уровне временного сопротивления сплава в отожженном состоянии (11—12 кгс/мм2). Для сплава АМгб временное сопротивление соединения составляет 30—32 кгс/мм2.

Сварка плавлением алюминия с медью представляет сложную задачу. Достаточно наличия 4—5% Си в алюминии, чтобы в металле шва появились горячие трещины. При более высоком содержании меди (6—8% и выше) горячие трещины исчезают, а металл шва становится малопластичным, появляются холодные трещины. Для предупреждения трещин необходимо предотвратить образование хрупкой составляющей и максимально ограничить поступление в шов меди. Достигается это путем придания медной кромке формы, соответствующей изотерме плавления основного металла, а также электролитическим покрытием кромки меди оловом, цинком или серебром, препятствующим непосредственному взаимодействию меди с алюминием. Кроме того, обеспечивается хорошее смачивание твердой меди жидким алюминием.

Читайте также:  Металл для ствола пистолета марка

Технология и техника сварки алюминия с медью такие же, как и при сварке алюминия со сталью. Соединения алюминия с медью обладают хорошей электропроводностью, их прочность близка к прочности алюминия.

Технология сварки в особых условиях

Как правило, технологию сварки конкретных изделий целесообразно выбирать исходя из состава основного металла. Однако имеются исключения из этого правила, когда определяющими при выборе технологии сварки становятся внешние условия. Особенно это относится к сварке под водой, в космических условиях, при пониженных температурах и т. д.

Источник

Разнородные металлы

Сварка пакета из металлов с различными химическими и физическими свойствами вызывает ряд трудностей, связанных с различием в электропроводности, температурах плавления, склонности к образованию хрупких структур и различием пластических свойств и пр. Все это влияет на размеры литого ядра, на его расположение относительно плоскости разъема листов, приводит к образованию дефектов в литом ядре и околошовной зоне.

Используя различные технологические приемы, регулирующие отвод теплоты, применяя рациональные режимы, можно получить соединение необходимого качества. Однако это не всегда удается при резком отличии физических свойств свариваемых материалов.

При точечной сварке литое ядро образуется в замкнутом объеме, поэтому изменение его свойств за счет взаимодействия с атмосферой исключено. Согласно современным представлениям при сварке разнородных металлов литое ядро образуется в результате интенсивного перемешивания металла конвекционными потоками, возникающими в результате совместного действия магнитного поля сварочного тока и усилия сжатия. Возможна также и диффузия отдельных элементов из околошовной зоны в литое ядро. Все это приводит к образованию металла нового химического состава. Следы перемешивания можно обнаружить в первой стадии расплавления металла. В дальнейшем происходит выравнивание состава ядра.

При сварке металлов с различными свойствами литое ядро смещается в сторону детали с меньшими электротеплопроводностью и температурой плавления. Трудности могут возрасти, если деталь с повышенной электротеплопроводностью имеет еще и меньшую толщину. В таких случаях симметричное расположение литого ядра можно получить, регулируя теплоотвод способами, применяемыми при сварке деталей неодинаковой толщины. Для увеличения теплоотвода в деталь из металла с меньшей электропроводностью с ее стороны следует устанавливать электроды с большой массой, более развитой контактной поверхностью и интенсивной системой охлаждения, изготовленные из электродных сплавов с лучшей проводимостью.

Однако хорошая свариваемость разнородных металлов не всегда возможна, особенно при резком отличии физических свойств. Характерным примером ограниченной свариваемости разнородных металлов является точечная сварка стали с алюминием. Свариваемость этих металлов при их взаимной ограниченной растворимости зависит от образования хрупких интерметаллидных фаз железа с алюминием. Разрушающее усилие при срезе таких образцов значительно ниже, чем при сварке основных металлов между собой. При применении оцинкованных сварных листов прочность соединения существенно возрастает, так как легирование расплавленного алюминия цинком изменяет условия образования хрупких фаз в зоне сварки.

Улучшить свариваемость разнородных металлов в некоторых случаях помогает введение в контакт между деталью и электродами стальных прокладок (экранов), служащих дополнительным источником теплоты и одновременно уменьшающих его отвод в электроды. Примером таких соединений в автомобилестроении может быть сварка плоских пружин из стали 65Г с низкоуглеродистой сталью вместо клепки (рис. 10). На режимах средней жесткости удается получить вполне удовлетворительные соединения, используя прокладку (отход от вырубки отверстия) между электродом и пружиной. С другой стороны, роль этой прокладки выполняет деталь. Применение двусторонних тепловых экранов в данном случае снижает скорость охлаждения и уменьшает степень закалки пружины.


Рис. 10. Точечная сварка пружинной стали с тепловым экраном:
1 — остающаяся прокладка (тепловой экран); 2 — плоская пружина; 3 — основная деталь

Читайте также:  Лазерный автомат для резки металла

Даже с применением тепловых экранов наибольшая твердость в зоне термического влияния достигает HRC 60 при твердости закаленной пружины HRC 42—46. В литом ядре твердость снижается до HRC 50—54 за счет уменьшения содержания углерода в результате перемешивания с низкоуглеродистой сталью. В литом ядре возможны небольшие дефекты в виде усадочных рыхлот или даже небольшие трещины, не снижающие качества. Испытания на усталость при знакопеременных нагрузках этих соединений дали хорошие результаты. Этому способствовали также конструктивные особенности такого соединения. В процессе работы ослабленное место пружины (околошовная зона, имеющая повышенную твердость) разгружено накладкой теплового экрана, и максимальный изгибающий момент перенесен на ее конец.

Получены удовлетворительные по качеству соединения при точечной сварке ковкого чугуна со сталью, несмотря на большую разницу в температурах плавления и удельном электросопротивлении. Точечная сварка пакета из двух листов разных толщин: сталь—чугун [толщиной (0,3—1) + 5 мм] обеспечивает наилучшие результаты при применении ковкого чугуна, отожженного на феррит. Худшие результаты получены при сварке обычного серого чугуна, в котором- графит присутствует в пластинчатой форме. В таком соединении слабое место — переходная зона, которая имеет хрупкую ледебуритную структуру. В ковком чугуне, отожженном на феррит, образуется значительное количество феррита, который придает переходной зоне вязкость и стойкость к образованию трещин. Сварку выполняют на относительно жестких режимах. Для лучшего отвода теплоты со стороны чугуна применяют электрод с большой контактной поверхностью.

Источник

Технология сварки разнородных металлов

  • Процесс соединения алюминия со сталью
  • Соединение чугуна и стали
  • Свариваемость меди со сталью

Сварка разнородных металлов — возможна!

В процессе сварки однородных деталей взаимная диффузия и растворение материалов, а также образование жидких и твердых растворов происходит без каких-либо ограничений и сложностей. Однако совсем иначе дело обстоит со сваркой разнородных металлов. В данном случае приходится сталкиваться с металлургической несовместимостью деталей, которые имеют принципиальные отличия в характеристиках кристаллической решетки, а также разные температуры плавления и показатели теплопроводности. Именно поэтому прежде чем начнется работа и осуществится, например, сварка алюминия со сталью, необходимо рассмотреть совместимость используемых металлов и учесть трудности, которые могут возникнуть в процессе их соединения.

Практически невозможно сварить металлы, неспособные взаимно раствориться между собой в расплавленном состоянии: железо и свинец, железо и магний, свинец и алюминий. Эти пары в жидком состоянии практически не смешиваются и создают слои, которые при дальнейшем затвердевании могут быть без особого труда отделены друг от друга. Что касается легко поддающихся сварке разнородных металлов, то их количество довольно ограничено. К ним можно отнести титан и железо, медь и железо, титан и ванадий, алюминий и серебро.

На данный момент самыми востребованными являются конструкции, получаемые путем сплава стали с алюминием, чугуном или медью. Сварка этих металлов широко используется в авиационном строении, радиоэлектронике, производстве бытовых приборов. Оптимальные свойства некоторых конструкций возможны только благодаря применению деталей из комбинированных материалов, ведь именно в этом случае изделие будет совмещать в себе преимущества сразу двух металлов. Однако приступая к работе с разнородными металлами, важно учитывать особенности их взаимодействия.

Процесс соединения алюминия со сталью

Сварка алюминия и стали сопряжена с серьезными трудностями, которые возникают в связи с большой разницей температур плавления металлов и различиями в уровне их теплопроводности. На практике это выражается в том, что алюминий становится жидким еще до того, как сталь успевает прогреться, кроме того, шов получается недостаточно прочным. Чтобы соединить металлы с такими разными характеристиками и получить приемлемый результат, нередко используется диффузная, ультразвуковая, а также контактная с оплавлением и холодная сварка металла.

Покрытия для улучшения свариваемости

Проблемы, которые возникают при сварке плавлением алюминия и стали, вполне удачно решаются с помощью применения специальных покрытий. На сталь гальваническим или горячим погружением наносится металл, который обладает хорошей совместимостью со сталью. Чаще всего для этих целей используется слой цинка, который улучшает растекание алюминия. Кроме того, для сварки алюминия и стали применяется переходная вставка из тех же материалов, которая получается с помощью другого метода соединения, например, путем холодной ковки.

Читайте также:  Получение металлов химическим путем

Теплофизические свойства материалов значительно затрудняют процесс сварки, при этом даже использование специальных покрытий и вставок не решает всех возможных проблем. Дело в том, что при соединении разнородных металлов на стыке могут образовываться интерметаллиды, которые отличаются чрезмерной хрупкостью. Чтобы избежать ненужных проблем, необходимо выбрать правильный режим сварки, который позволит избежать перегрева поверхности металлов. Если процесс произведен с учетом всех особенностей алюминия и стали, в результате проведенных сварочных работ появится надежное и долговечное соединение, которое, однако, лучше не использовать для конструкций, часто подвергающихся механическому воздействию.

Свариваемость чугуна и стали

Несмотря на то, что чугун и сталь обладают схожестью химического состава, процесс сварки этих металлов также характеризуется определенными трудностями. Дело в том, что чугун содержит большое количество углерода, а потому достаточно плохо поддается плавлению. Чтобы сварить эти разнородные материалы, используются специальные электроды. Для получения надежного и прочного шва перед обработкой детали следует тщательно зачистить, особенно это касается заготовки из чугуна, который легко впитывает различные технические жидкости.

Подогрев изделия в процессе работы

Чтобы соединить чугун и сталь, как правило, используется сварочный ток обратной полярности. Однако обратите внимание, что в случае применения аппаратов с высоким током холостого хода, необходимо использовать переменный ток. В процессе работы детали необходимо прогреть до 600 градусов по Цельсию. Такая температура позволит избежать чрезмерного расширения металла, которое нередко приводит к необратимой деформации материала. В результате сварочных работ, проведенных по описанной технологии, прочный герметичный шов образуется всего за один проход.

В случае, если подогрев заготовок невозможен, сварка чугуна со сталью производится несколько иначе. Когда необходимо соединить слишком большие детали или металл имеет легкоплавкие вкрапления, процесс сварки осуществляется с помощью коротких валиков, каждый из которых необходимо охлаждать перед использованием следующего. Стоит отметить, что данный метод сварки не обеспечивает должную прочность шва, поэтому для соединения чугуна и стали более предпочтителен метод, предусматривающий предварительный подогрев деталей.

Свариваемость меди со сталью

Определенные трудности в процессе соединения данных металлов возникают в связи с различием в уровне их теплопроводности, а также из-за низкой температуры плавления меди. Именно поэтому прежде чем приступать к процессу, следует учесть все особенности материалов и подобрать наиболее оптимальный способ сварки. Только в этом случае можно получить качественное соединение, которое будет обладать всеми необходимыми характеристиками.

Применение защитных газов

На самом деле медь и все ее сплавы довольно неплохо сваривается со сталью. Пожалуй, самым высоким качеством обладает соединение, которое производится путем аргонодуговой сварки. С ее помощью образуется шов, который характеризуется хорошей герметичностью и прочностью. Аргонодуговая сварка производится с применением вольфрамовых электродов либо плазменной струи и специальной присадочной проволоки. Обратите внимание, что в процессе работы дугу следует немного смещать к меди, что поможет предотвратить перегрев стали.

Сварка меди и стали также может быть произведена с помощью флюсов в среде защитных газов. В этом случае используют плавящиеся либо неплавящиеся электроды и проволоку. При наплавлении меди на сталь вполне эффективен дуговой метод сварки керамических флюсов, который позволяет добиться требуемой износостойкости и твердости материала. Данный вид работы предполагает использование плоских электродов.

Мангал из металла — это занятие, которое по силам каждому сварщику. Как сделать его своими руками, читайте в этой статье.

Соблюдение технологии — гарантия качества

Сварка разнородных металлов — достаточно трудоемкий процесс, который осложняется существующими различиями в свойствах материалов. Однако если грамотно подойти к процессу и учесть все рекомендации, связанные с особенностями металлов, можно получить прекрасный результат в виде качественного и надежного соединения, которое будет обладать преимуществами всех его компонентов.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector