Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением

Патон Б.Е. (ред.)

Машиностроение, 1974 г.

Сварка разнородных металлов

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 АМг6 временное сопротивление соединения составляет 30—32 кгс/мм².

Сварка плавлением алюминия с медью представляет сложную задачу. Достаточно наличия 4—5% Сu 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.

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.