Сварка разнородных металлов и сплавов, показатели свариваемости различных металлов

Свариваемость металлов – это способность металлов разных видов или их сплавов образовывать соединения, соответствующие техническо-эксплуатационным требованиям при установленной технологии сварки.

Возможность сваривать разносоставные стали и другие металлы между собой позволяет объединять лучшие качества различных материалов. Такой подход значительно повышает функциональность изделий, но требует особых условий, в которых возможна сварка разнородных металлов и сплавов.

Соответствующие технологии разработаны, чтобы решать проблемы, связанные с различными свойствами соединяемых металлов (температура плавления, теплоотдача, глубина проплавления, образование оксидной пленки).

• Варианты свариваемых пар разнородных металлов
• Сварка разнородных металлов и сплавов, используемые присадочные материалы

Варианты свариваемых пар разнородных металлов 

Группы сплавов, наиболее часто применяемые при разнородном сваривании

• Сплавы на основе железа (Fe), которые, в свою очередь, подразделяются на подгруппы:
  • Углеродистые стали
  • Низкоуглеродистые легированные стали
  • Инструментальные пружинные стали
  • Нержавеющие стали
  • Чугуны 

• Никельные сплавы (Ni)
  • Чистый никель
  • Монель
  • Никонель
  • Нимоник
  • Хастелой 

• Медные сплавы (Cu)
  • Чистая медь
  • Латуни
  • Оловянные бронзы
  • Алюминиевые бронзы
  • Кремниевые бронзы
  • Никельно-медные 

• Алюминиевые сплавы (Al) 

• Магниевые сплавы (Mg) 

• Титановые сплавы (Ti) 

• Кобальтовые сплавы (Co) 

Наиболее распространенные пары соединяемых материалов, которые встречаются в промышленности 

• Сплавы на основе Fe + Al, алюминиевые сплавы 

• Сплавы на основе Fe + Cu, медные сплавы 

• Сплавы на основе Fe + Ti 

• Сплавы на основе Fe + Mb 

• Сплавы на основе Fe + Nb 

• Cu + Al 

• Ti + Al 

• Ti + тантал 

• Ti + Cu 

• Mb + Cu 

Для большинства представленных вариантов сварки разнородных металлов и сплавов характерны большие отличия в температуре плавки, физико-тепловых свойствах, показателях расширения материалов.

Сварка разнородных металлов и сплавов, используемые присадочные материалы 

Множество факторов определяют качественное состояние сварного шва, когда необходимо соединить материалы с отличающимися характеристиками. Образования оксидной пленки, разная температура плавки, взаимодействие при нагревании с газом и другие трудности, которые возникают при сваривании. Особенно капризный в отношении посторонних примесей алюминий и походные от него сплавы.

Сваривание алюминия и его сплавов со сталями  

Процесс сваривания затрудняется активным возникновением оксидной пленки, которая мгновенно покрывает поверхность этого металла. 

Разделка сварочных фасок производится под углом 70˚. Шов с таким углом обладает наибольшей надежностью. Перед свариванием кромки тщательно зачищают при помощи пескоструя или другим механическим путем для покрытия активирующим слоем. Самым распространенным и экономичным покрытием является оцинкование. 

• При гальваническом оцинковании оптимальная толщина слоя 30-40 мкм 
• При термическом оцинковании – 60-90 мкм 

Тип сварки – аргонно-дуговая, неплавящимся вольфрамовым электродом 

Присадочный материал – алюминиевый пруток АД1 с включениями кремния. 

Технология процесса сваривания

 Зажигание дуги производится с присадочного прутка для начала образования валика, благодаря стекающему алюминию. Необходимо свариваемые заготовки расположить в пространстве так, чтобы алюминий при расплавлении натекал на черный металл. При необходимости сварочные валики накладываются в несколько слоев. Главное не допустить перегрев стальной детали, что приведет к выгоранию активирующего слоя раньше времени. Сваривание производится по очередности с обеих сторон. 

Режим скорости сварки алюминия должен повышаться к концу процесса. Такой метод вырабатывается сварщиком для сохранения активирующего покрытия. 

Сваривание меди и ее сплавов со сталями

В этом типе соединений примечательно влияние количества углерода на качество сварного шва. Чем его меньше, тем прочней и качественней выходит взаимопроникновение в области смешивания. Благотворно на свариваемость влияют марганец (Mg) и кремний (Si).

Тип сварки – аргонно-дуговая, неплавящимся вольфрамовым электродом, ручная дуговая – плавящимся электродом, плазменное наплавление с использованием в качестве присадки токоподводящей проволоки.

Материалы для присадки – при сваривании чистой меди и бронзы БрАМц, БрКМц; для латуни Л90, 09Г2; при флюсовой сварке проволока марки М и БрКМц; для сваривания в атмосфере защитных газов МНЖ, БрКМц, БрАМц.

Флюсы — АН-26; ОСЦ-45

Технология сварочного процесса – быстрое динамическое расширение меди вследствие нагрева образовывает множество мелких микротрещин в стали в области (и около) сплавления. Для получения швов с оптимальными свойствами рекомендуется присадочный материал с вместительностью железа не более 10%.

 При сварке нужно следить, чтобы было минимальное проплавление стали. При сваривании дуга должна быть смещена в сторону цветной заготовки.

Сваривание титана со сталью

Образование ломких интерметаллических областей не позволяет добиться качественных сварочных швов при прямом сваривании. Для получения качественных соединений применяются промежуточные вставки.

Тип сварки – аргонно-дуговая, неплавящимся вольфрамовым электродом

Технология сварочного процесса – наилучшие прочностно-пластичные показатели соединений дало применение БрБ2 (промежуточных вставок) из обработанной температурой бронзы и технического тантала. Для достижения особого качества швов сварка производится в специальных боксах с контролируемым микроклиматом.

Сваривание меди с алюминием

Образование ломких областей и другие различающиеся свойства этих цветных металлов значительно затрудняют процесс сваривания.

Тип сварки – аргонно-дуговая, неплавящимся электродом по флюсу

Технология сварочного процесса – после очищения медь проходит оцинковку для формирования активирующего слоя не более 60 мкм. В целом процесс схож со свариванием алюминия и стали, при котором смещение сварочной дуги происходит в сторону металла с большей температурой плавления. Для повышения свойств шва применяется 5 % легирование кремнием.

Сваривание алюминия с титаном

В этом случае появляются затруднения с возникновением интерметаллической зоны, приводящей к хрупкости стыка.

Тип сварки – аргонно-дуговая, неплавящимся электродом

Материал для присадки – алюминиевая проволока AB00

Технология процесса сварки – тщательно зачищенные кромки с разделанными фасками алитируют (аллюминизируют при нагреве 800 – 830˚С). Сваривание производят обычным методом для алюминиевых сплавов, смещая дугу в сторону более тугоплавкого материала. 

Сваривание меди и ее сплавов с титаном 

Образование хрупких зон предотвращается использованием промежуточных вставок из сплавов титана.

Тип сварки – аргонно-дуговая, неплавящимся вольфрамовым электродом 

Технология процесса сварки – для вставок используются сплавы титана с включением легирующих добавок молибдена или ниобия типа ВТ15. Структуры кристаллических решеток таких вставок схожи с кристаллической структурой меди. Методы сваривания те же самые, что применяются при сварке меди и ее сплавов. 

Сваривание ниобия, тантала и молибдена со сплавами цветных металлов и сталями 

Поскольку эти элементы используются в качестве вставок для соединения – они имеют высокие показатели свариваемости. 

Тип сварки – аргонно-дуговая, неплавящимся вольфрамовым электродом 

Технология процесса сварки – возможность типов сварных соединений этих элементов указана выше на примере вставок для соединения. При соединении тантала и меди в качестве присадки используется БрБ2 (бериллиевая бронза). Для сварки зачастую применяются боксы с регулируемым микроклиматом. 

Естественно, что перечислены далеко не все способы. Указаны наиболее широко используемые технологии сварки разнородных материалов. Например, существует высокотехнологическая электронно-лучевая сварка, производящаяся в специальных вакуумных камерах направленным потоком электронов. Но такой способ возможен исключительно в рамках профильных предприятий.