Классификация сварных соединений. Варианты свариваемых пар разнородных металлов
Свариваемость металлов – это способность металлов или их сплавов образовывать соединения, которые соответствуют технико-эксплуатационным требованиям при установленной технологии сварки.
Возможность сваривать различные по составу металлы и сплавы делает возможным объединение их полезных свойств. Это способствует увеличению функциональности готовых изделий. К сплавам, которые наиболее часто используются в сварке, относятся:
- Никельные сплавы. Данная группа сплавов подразделяется на нимоник, хастеллой, чистый никель, никонель и монель.
- Сплавы на основе железа. Данная группа сплавов подразделяется на чугуны, а также углеродистые, низкоуглеродистые легированные, нержавеющие и инструментальные пружинные стали.
- Медные сплавы. Данная группа сплавов подразделяется на чистую медь, оловянные бронзы, латуни, а также никельно-медные, алюминиевые и кремниевые бронзы.
- Алюминиевые сплавы.
- Кобальтовые сплавы.
- Титановые сплавы.
- Магниевые сплавы.
Для подавляющего большинства вариантов сварки характерны существенные отличия в физико-тепловых свойствах, температуре плавки и показателях расширения материалов.
Сварные соединения материалов, разнородных по типу, разделены на четыре группы. Такое разграничение проведено в зависимости от температуры при которой они эксплуатируются. Для каждой группы есть собственная оптимальная величина, которая является допустимой:
- Первая группа - 350 градусов по Цельсию.
- Вторая группа - от 350 до 450 градусов по Цельсию.
- Третья группа - от 450 до 550 градусов по Цельсию.
- Четвертая группа - более 550 градусов по Цельсию.
Особенности сварки металлов и сплавов
У сварных изделий не должно иметься дефектов в виде пор, неметаллических включений, трещин и т.п. Теплофизические и механические свойства сварных участков должны быть такими же, по возможности, как свойства свариваемых деталей. Низколегированные и малоуглеродистые стали хорошо свариваются всеми способами сварки. Основное затруднение при их сварке - закалка околошовной зоны, а также вероятность образования холодных трещин. Поэтому в случае электродуговой сварки рекомендуется предварительно подогревать заготовки до температуры 100 - 300 градусов по Цельсию, а после сварки подвергать готовые изделия отпуску.
Отпуск (после сварки) – это технологический процесс, который заключается в термической обработке закаленного мартенсита металла или сплава.
Высоколегированные стали, из-за их меньшей теплопроводности и повышенного коэффициента термического расширения, свариваются значительно хуже. При дуговой сварке, есть вероятность их перегрева, что может стать причиной появления трещин и возникновения прочих деформаций. Поэтому сварка таких сталей осуществляется при пониженном значении электрического тока с предварительным подогревом заготовок и их термической обработкой после сварки. При сварке нержавеющей стали сварка происходит с перерывами, с целью недопущения перегрева металла.
При сварке меди надо учитывать, что ее теплопроводность более, чем в пять раз меньше, чем у железа. Это вызывает высокий отвод тепла от места сварки и увеличение ширины разогрева металла. Медь способна сильно окисляться с образованием закиси меди, которая делает металл более хрупким, а ее способность, в большей степени, чем железо, растворять газы может стать причиной пористости шва после остывания. Сварка меди осуществляется плавящимися или неплавящимися электродами в среде аргона или азота и их смеси. Для сварки меди могут использоваться вольфрамовые электроды на постоянном токе прямой полярности, угольные электроды или металлические со специальным покрытием. Во всех случаях должны быть обеспечены:
- защита сварочной ванны от окисления.
- раскисление жидкой меди.
- дополнительный подвод тепла.
В случае сварки алюминия и его сплавов надо учитывать, что он энергично реагирует с кислородом, в результате чего образуется тугоплавкий окисел, температура плавления которого составляет 2050 градусов по Цельсию. Данное вещество значительно снижает механические свойства сварных соединений. Тепловодность алюминия в три раза выше, чем у железа, а коэффициент расширения в два раза больше. В диапазоне температур от 500 до 600 градусов алюминий очень непрочен, а свариваемые детали могут быть разрушены под собственным весом. Данные особенности требуют применения специальной технологии сварки, сводящейся к следующему: для растворения окислых пленок используются специальные электродные покрытия и флюсы; в качестве присадочного материала применяются алюминиевая проволока, в которой содержится кремний - 5 %; листы толщиной 6-7 миллиметров должны свариваться в один проход, без разделки кромок, а сварка листов большей толщины происходит с разделкой кромок со скосом 30 - 60 градусов; сварку алюминия и его сплавов рекомендуется осуществлять на стальных подкладках; толстолистовой алюминий перед сваркой подвергается нагреву до температуры 300 - 400 градусов по Цельсию.
