Сварка разнородных сталей, металлов и сплавов, показатели свариваемости различных металлов

Среднелегированные стали

Среднелегированные стали содержат углерод в количестве от 0,4% и более. Они легированы в основном Ni, Mo, Cr, V, W. Оптимальное сочетание прочности, вязкости и пластичности достигается после закалки и низкого отпуска. Такие среднелегированные стали, как ХВГ, ХВСГ, 9ХС, пользуются большим спросом за счет своих легирующих добавок при изготовлении сверл, разверток и протяжек.

Эти стали выплавляют из чистых шихтовых материалов для повышения пластичности и вязкости. Также их тщательным образом очищают от фосфора, серы, газов и различных неметаллических включений. В этом случае стали могут подвергаться электрошлаковому или вакуумно-дуговому переплаву, рафинированию в ковше жидкими синтетическими шлаками. Хорошее сочетание прочности, вязкости и пластичности среднелегированных сталей достигается термомеханической обработкой.

Технология сварки среднелегированных металлов

Чтобы обеспечить эксплуатационную надежность сварных соединений, нужно при выборе сварочных материалов стремиться к получению швов такого химического состава, при котором их механические свойства имели бы требуемые значения. Степень изменения этих свойств зависит от доли участия основного металла в формировании шва. Поэтому следует выбирать такие сварочные материалы, которые содержат легирующих элементов меньше, чем основной металл. Легирование металла шва за счет основного металла позволяет повысить свойства шва до необходимого уровня.

При сварке среднелегированных глубокопрокаливающихся высокопрочных сталей нужно выбирать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение швов, обладающих высокой деформационной способностью при минимально возможном количестве водорода в сварочной ванне. Это достигается применением низколегированных сварочных электродов, не содержащих в покрытии органических веществ и подвергнутых высокотемпературной прокалке. Одновременно при выполнении сварочных работ следует исключить другие источники насыщения сварочной ванны водородом (влага, ржавчина и другие).

Высокое качество сварных соединений толщиной 3…5 мм достигается при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом. При этом для увеличения проплавляющей способности дуги применяют активирующие флюсы (АФ). Сварка с АФ эффективна при механизированных способах для получения равномерной глубины проплавления. Неплавящийся электрод при сварке с АФ выбирают из наиболее стойких в эксплуатации марок активированного вольфрама.

Газовая сварка легированных сталей осуществляется ацетиленокислородом, который обеспечивает качественный сварной шов. Газы-заменители в данном случае применять не рекомендуется. Но даже ацетиленокислород не может стопроцентно гарантировать получение качественного шва. Этого можно достичь только путем применения дуговой сварки.

Двери из металла своими руками — идеальное решение, если вы хотите сэкономить.

Из металла можно делать очень красивые изделия. Интересные идеи вы найдете по https://elsvarkin.ru/prakticheskoe-primenenie/suveniry-i-ukrasheniya-iz-metalla-svoimi-rukami/ ссылке.

Сварка трением, принцип и особенности:

Сварка трением – разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным вращением (перемещением) одной из соединяемых частей (деталей, заготовок) свариваемого изделия. Вращающаяся (перемещающаяся) деталь свариваемыми поверхностями соприкасается с другой деталью (частью) свариваемого изделия. Из-за возникающих сил трения в местах соприкосновения происходит очень быстрый разогрев и переход материала в пластичное состояние.

Таким образом, сварка трением сопровождается процессом, при котором механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в теплоту. При этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения. Теплота может выделяться при вращении одной детали относительно другой (в базовом варианте) или вставки между деталями, либо при перемещении детали или вставки.

За счет трения и высокой температуры разрушаются окисные пленки и следы посторонних загрязнений заготовок (деталей). Поверхности заготовок (деталей) притираются одна к другой, разрушаются микровыступы, поверхность выравнивается, и атомы металлов получают возможность вступать в близкое взаимодействие.

Свариваемые детали (части) при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением. Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения (перемещения). На этом (завершающем) этапе формируется окончательное соединение – когда к уже неподвижным деталям (частям) прикладывается проковочное усилие. Под действием сильного давления в получающемся соединении деталей образуются металлические связи.

Основным преимуществом сварки трением является то, что металл сваривается в пластичной фазе, но не расплавляется. Соответственно, из-за отсутствия литой структуры в металле не происходят процессы расплавления и кристаллизации металла, не возникают типичные для таких фазовых переходов дефекты, как поры, непропаи и горячие трещины.

Сварка трением обеспечивает прочность сварного соединения до 0,97 % от прочности основного материала, поэтому с ее помощью можно варить любые, даже самые высоконагруженные узлы.

С помощью сварки трением сваривают заготовки из металлов и сплавов из алюминия, титана, магния, меди, никеля, кобальта, молибдена, тантала и прочих сплавов (в том числе таких, которые затруднительно или невозможно сваривать дуговой сваркой), заготовки из различных марок стали (в т.ч. нержавеющей), детали из полимеров и композитов. Возможна сварка трением практически всех металлов и сплавов с температурой плавления до 1800 °C (включая жаропрочные и огнеупорные металлы и сплавы), а также деталей из разнородных металлов.

Различают несколько видов сварки трением: сварка трением с прямым приводом, инерционная сварка трением, радиальная сварка трением, линейная сварка трением (сварка трением с перемещением), линейная вибрационная сварка трением (колебательная сварка трением), сварка угловым трением, сварка трением с перемешиванием, штифтовая сварка трением,орбитальная сварка трением, роликовая сварка трением, комбинированная сварка трением.

Сварка трением используется для соединения различных металлов и термопластиков в авиастроении и автомобилестроении.

Классификация сварных соединений разнородных сталей

Таким образом, сварные соединения материалов разнородного типа были разделены на 4 группы. Разграничение проведено в зависимости от температуры их эксплуатации. Для каждой категории существует собственная оптимальная величина, являющаяся допустимой для используемой в ней неаустенитной стали:

1-ая группа – до 350°С;
2-ая – 350-450°С;
3-ья – 450-550°С;
4-ая – более 550°С.

Электроды ЦЛ 9 в упаковке.

Исследования показали, что наплавленный металл соединений 1-ой группы должен иметь не менее 8% никеля, 2-ой – 19%, 3-ьй – 31%, 4-ой – 47%. Соответственно, для создания соединений, которые эксплуатируются при температурах до 350°С, можно использовать следующие марки электродов: ГС-1, ОЗЛ-6, ОЗЛ-27 и ЦЛ-9.

Сварочные материалы ОЗЛ-6 обеспечивают наплавленный металл типа Э-10Х25НВГ2. Электроды ЦЛ-9 дополнительно легируются ниобием и имеют тип наплавленного металла 10Х25Н13Г2Б. Электроды ОЗЛ-27 дополнительно снабжаются молибденом и гарантируют наплавленный металл химического состава следующего вида: углерод – 0,18%, кремний – 0,6%, марганец – 1,63%, никель – 10,3%, хром – 25,3%, молибден – 3,1%. Материалы ГС-1 обеспечивают химический состав указанных ниже пропорций: углерод – 0,09%, кремний – 2,5%, марганец – 6,3%, никель – 9,4%, хром – 23,3%.

Как сварить титан

Над данной технической проблемой первым задумался Уильям Джон Арбегаст, инженер из США. Именно он разработал технологию сварки титана и его сплавов в аргоне.Чем варят титан ?

Ознакомимся с дуговой сваркой титана. Её осуществляют в среде, состоящей из смеси двух инертных газов: аргона и гелия. Они и защищают место сварки металла от губительного воздуха, не нанося никакого вреда сами по себе. Блестящая идея! Но реализовать её на практике оказалось непростой задачей… Решили, что смесь будет поступать из сопла горелки, а чтобы увеличить защищённую потоком площадь, применили специальные насадки. А как же быть с противоположной стороной соприкосновения деталей? Чтобы надёжно заварить, тут на помощь пришли планки из меди с желобом для поступления аргона.

А как быть, если конструкция свариваемых деталей сложная? В таком случае не обойтись без специальной камеры с заданной атмосферой (упоминавшаяся выше смесь). Она может быть небольшой, в виде локальной насадки из ткани, для конкретного узла. Либо жёсткой, побольше, из металла, в которые предварительно ставят детали и всю требуемую для сварки оснастку. Но в любом случае сварщик должен хорошо видеть место сварки и свободно выполнять все необходимые манипуляции, что обеспечивают специальные рукавицы и иллюминаторы.

Защитная камера для сварки титана

Наконец, для сварки самых крупных деталей сварочная камера может достигать размеров приличной жилой комнаты, выполненной в металле, герметичной и со шлюзами. Внутри устанавливается всё необходимое, взамен откачанного воздуха пространство заполняется аргоном, а сварщики на время выполнения работ превращаются в космонавтов с настоящими скафандрами!

Рекомендуем! Чем и как сваривают алюминий

Процедура

Хотя технология создания сварных соединений отличается, во всех случаях процесс начинается с подготовительных операций. Для дуговых методов это подготовка кромок под сварку, или как говорят, их разделка. Для холодной ковки — тщательная зачистка (вплоть до полировки) соединяемых деталей и т.п. Подготовка может включать очистку от грязи, обезжиривание.

Еще одно негативное явление, объединяющее все виды сварочных контактов — температурные деформации и напряжения.

Борются с этим по-разному. В некоторых случаях изделия заранее фиксируют струбцинами. Еще один распространенный способ — термическая обработка готового изделия: нагрев с последующим медленным охлаждением (отпуск).

Особенности сварки цветных металлов

Они легко окисляются.
При плавлении этих металлов появляются тугоплавкие окислы, которые способны заполнить сварочный шов. Из-за этого повышается риск изготовления некачественного шва и возникновения трещин.
Некоторые цветные металлы требуют применение более мощного источника энергии, так как их остывание происходит очень быстро. Работать в данном случае нужно оперативно.
Существует вероятность испарения «лёгких» составляющих сплава, так как все они имеют разную температуру плавления.
Цветные металлы, в отличие от черных, лучше взаимодействуют с газовой средой.
При сварке на цветных металлах появляется оксидная пленка, которая мешает сварить качественный шов.
Работы по сварке должны проходить в зоне с ограниченным объемом кислорода.

Встретить какой-то конкретный цветной металл в чистом виде почти невозможно. Обычно они используются в виде различных сплавов. Наиболее популярные составляющие сплавов: медь, никель, алюминий, титан, цинк.

Основные критерии, устанавливающие свариваемость

Оценивая свариваемость сталей, всегда уделяют внимание химическому составу металла. Некоторые химические элементы могут повысить этот показатель или снизить его

Углерод считается самым важным элементов, который определяет прочность и пластичность, степень закаливаемости и плавкость

Проведенные исследования указывают на то, что при концентрации этого элемента до 0,25% степень обрабатываемости не снижается. Увеличение количества углерода в составе приводит к образованию закалочных структур и появлению трещин

Углерод считается самым важным элементов, который определяет прочность и пластичность, степень закаливаемости и плавкость. Проведенные исследования указывают на то, что при концентрации этого элемента до 0,25% степень обрабатываемости не снижается. Увеличение количества углерода в составе приводит к образованию закалочных структур и появлению трещин.

Понятие свариваемости

К другим особенностям, которые касаются рассматриваемого вопроса, можно отнести нижеприведенные моменты:

Практически во всех металлах содержатся вредные примеси, которые могут снижать или повышать обрабатываемость сваркой. Фосфор считается вредным веществом, при повышении концентрации появляется хладноломкость. Сера становится причиной появления горячих трещин и появлению красноломкости. Кремний присутствует практически во всех сталях, при концентрации 0,3% степень обрабатываемости не снижается. Однако, если увеличить его до 1% могут появится тугоплавкие оксиды, которые и снижают рассматриваемый показатель. Процесс сварки не затрудняется в случае, если количество марганца не более 1%. Уже при 1,5% есть вероятность появления закалочной структуры и серьезных деформационных трещин в структуре. Основным легирующим элементом считается хром. Он добавляется в состав для повышения коррозионной стойкости. При концентрации около 3,5% показатель свариваемости остается практически неизменным, но в легированных составах составляет 12%. При нагреве хром приводит к появлению карбида, который существенно снижает коррозионную стойкость и затрудняет процесс соединения материалов. Никель также является основным легирующим элементом, концентрация которого достигает 35%. Это вещество способно повысить пластичность и прочность. Никель становится причиной улучшения основных свойств материала. Молибден включается в состав в небольшом количестве. Он способствует повышению прочности за счет уменьшения зернистости структуры. Однако, на момент воздействия высокой температуры вещество начинает выгорать, за счет чего появляются трещины и другие дефекты. В состав часто в качестве легирующего элемента добавляется медь. Ее концентрация составляет около 1%, за счет чего немного повышается коррозионная стойкость

Важной особенностью назовем то, что медь не ухудшает обработку сваркой

Критерии свариваемости

В зависимости от особенностей структуры и химического состава материала все сплавы делятся на несколько групп. Только при учете подобной классификации можно выбрать наиболее подходящий сплав.

Как свариваются разные металлы и сплавы?

Особым качеством металлов является такое понятие как свариваемость, то есть способность соединятся сваркой с помощью того, или иного метода. Зависеть она может от многих причин: химический состав, специфические свойства металла либо сплава, методика подготовки деталей под сварку и многое другое.

ГОСТ разделяет это свойство на следующие группы, свариваемые:

хорошо;
удовлетворительно;
ограниченно;
плохо.

окисная пленка, препятствующая контакту;
наличие легирующих добавок, в частности углерода делающих шов хрупким и непрочным.

Свариваемость улучшают предварительной специфической подготовкой металла к сварке.

Особенно сложны в отношении свариваемости цветные металлы, каждый со своей спецификой.

Влияние микроструктуры на свойства

Суть процессов термической обработки основывается на структурных превращениях внутри слитка и их влиянии на затвердевший металл. Так, при нагревании до температуры 727 ˚C он являет собой смешанную зернистую аустенитную структуру. Способ охлаждения определяет варианты превращения:

Внутри печи (скорость 1˚С/мин) – образуются перлитные структуры с твердостью около 200 НВ (твердость по Бринеллю).
На воздухе (10˚С/мин) – сорбит (феррито-перлитные зерна), твердость 300 НВ.
Маслом (100˚С/мин) – троостит (феррито-цементитная микроструктура), 400 НВ.
Водой (1000˚С/мин) – мартенсит: твердая (600 НВ), но хрупкая игольчатая структура.

Сварочное соединение должно обладать достаточной твердостью, прочностью, качественными показателями пластичности, поэтому мартенситные характеристики шва не приемлемы. Низкоуглеродистые сплавы обладают ферритной, феррито-перлитной, феррито-аустенитной структурой. Среднеуглеродистые и среднелегированные стали – перлитной

Высокоуглеродистые и высоколегированные – мартенситной или трооститной, которую важно привести к феррито-аустенитному виду

Сварка металлов трением

Сварка трением происходит в твердом состоянии при воздействии теплоты, возникающей при трении поверхностей свариваемого изделия (рис. 45). Трение поверхностей осуществляют вращением свариваемых деталей, сжимаемых усилием Р, как это показано на рис. 45. В процессе сварки наблюдаются значительные пластические деформации на свариваемых поверхностях.

Прочное сварное соединение образуется в результате возникновения металлических связей между ювенильными (чистыми) контактирующими поверхностями свариваемых деталей. Препятствующие образованию этих связей различные включения и пленки, покрывающие металлические поверхности, разрушаются при трении и удаляются из зоны сварки в радиальном направлении вследствие значительной пластической деформации трущихся поверхностей.

Рис.45. Принципиальные схемы сварки трением: а — вращение одной детали, б — вращение обеих деталей

Для получения требуемой деформации металл доводят до состояния повышенной пластичности с помощью теплоты, возникающей при трении. Механическая энергия непосредственно преобразуется в тепловую, причем генерирование теплоты происходит строго локализованно в тонких приповерхностных слоях металла. Эта особенность процесса предопределяет основные преимущества сварки трением.

На поверхностях деталей, прижатых усилием Р, возникают силы трения. Работа, затрачиваемая на преодоление этих сил, превращается в теплоту, которая выделяется на поверхностях трения и вызывает интенсивный нагрев металла до температур, необходимых для образования сварного соединения; применительно к сварке сталей эти температуры, в зависимости от режима процесса, составляют 950—1300° С (1223—1573 К). По достижении требуемой температуры относительное движение деталей должно быть по возможности быстро (практически мгновенно) прекращено. Процесс образования сварного соединения завершают проковкой: к нагретым, но уже неподвижным деталям на некоторое время прикладывают сжимающее усилие. После проковки происходит естественное охлаждение сварных деталей.

Объем тонкого слоя нагреваемого металла настолько незначителен, что весь цикл его нагрева обычно укладывается в весьма малый промежуток времени — от нескольких секунд до полминуты, поэтому производительность сварки трением весьма высока, и конкурировать с нею может лишь электрическая контактная сварка.

Малый объем металла, нагреваемого при сварке трением, предопределяет и исключительно высокие энергетические характеристики процесса; расход энергии и мощность установок (рис. 46) при сварке трением в 5—10 раз меньше, чем при контактной. При этом обеспечивается равномерная нагрузка фаз питающей сети, высокий коэффициент мощности (φ = 0,8÷0,85).

Рис.46. Потребляемая из сети мощность:1—при электрической контактной сварке; 2 — при сварке трением

Рис.47. Типы сварных соединений, выполненных с помощью сварки трением:а — стержни встык; б — трубы встык; в — стержень и труба встык; г и д — соединения стержня и трубы с плоской поверхностью детали

Никелевые сплавы

Цветные сплавы на основе никеля отличаются высокой вязкостью, пластичностью. Детали из никеля плавятся при 700–1000°С, процесс сопровождается насыщением сплавов газами, шов становится пористым, непрочным. Хотя никель устойчив к коррозии. При аргонодуговой сварке подбирают электроды с ниобием, кремнием, алюминием. В расплаве также желательно присутствие марганца, магния. Свариваемость металла повышается, образуется прочное соединение.

Для работы с никелевыми сплавами нужны сварочные аппараты, выдающие постоянный рабочий ток. Сварка никелевых цветных заготовок производится на токе обратной полярности, чтобы защитный газ ионизировался, электродуга становится стабильнее. При обратной полярности заготовка нагревается меньше, чем электрод. Это особенно актуально для заготовок небольшой толщины. Регулируя потенциал тока, можно уменьшить температуру заготовки.