Главная Проволока для сварки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 [ 58 ] 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 с помощью ТВЧ) статическая прочность соединения повышается на 30-40% и достигает 13-18 кгс/мм [1]. Повысить прочность соединения в целом можно увеличением рабочего сечения шва. Сварные соединения имеют высокий предел выносливости при действии знакопеременной изгибающей нагрузки (рис. 15). При базе 10 циклов предел выносливости 5-6 кгс/мм, т. е. такой же, как и для сплава АМгб. Разрушение образцов, как правило, происходит по сплаву АМгб, у внешнего концентратора. Рис. 14. Схемы аргонодуговой сварки и наплавки алюминия по стали: а - ведения дуги при аргонодуговой наплавке; б - ведения дуги при стыковой сварке; в - последовательность наложения валиков шва в зависимости от типа соединения Сварные соединения судовых конструкций показали высокую плотность при испытаниях на непроницаемость, а соединения труб - при испытаниях на герметичность [19]. Сварные соединения обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде и на воздухе при окраске их обычными для алюминиевых сплавов защитными покрытиями. Гидравлические испытания сварных соединений труб из сплава САВ-1 и стали 12Х18Н9Т диаметром 60 и 145 мм после возде ствия теплосмен (цикл: нагрев до 100° С, 30 мин, выдержка 30 мин; охлаждение до 20° С 40 мин, выдержка - 20 мин, нагрев до 100° С и т. д. 100 циклов) показали высокую прочность (при избыточном давлении Рразр = 120 190 кгс/см), а металлографическое исследование не выявило каких-либо изменений в сварном соединении [2]. Сварку стали с алюминием можно вьшолнять с применением комбинированных покрытий стали - медно-цинкового (4-6 мкм + 30-40 мкм) и никель-цинкового (5-6 мкм -f- 30-40 мкм). Соединительная прослойка интерметаллидов сложного состава получается несколько меньшей толщины и твердости, а предел прочности при растяжении (шов с усилением) при медно-цинковом покрытии достигает 18,7 кгс/мм, при никель-цинковом покрытии 20,3 кгс/мм [19]. Холодная сварка давлением происходит при охватывании двух металлов в процессе их деформации при условии, что минимальная деформация обжатия не ниже 70-80%. Перед холодной сваркой свариваемые поверхности должны быть очищены не только от окислов, но и от пленок. Прочность соединения изменяется в пределах 8-10 кгс/мм при сварке углеродистых сталей и алюминия и достигает 20-30 кгс/мм при сварке сплавов АМгЗ и АМгб со сталью типа 12Х18Н9Т [13]. .те в, кгс/пн 15 5 lOUgM Рис. 15. Результаты усталостных испытаний сварных соединений из сплава АМгб и стали Сварку трением производят на режимах, при которых процесс расплавления алюминия и нагрев стыка значительно сокращены, что препятствует образованию прослойки хрупких интерметаллидов. Соединение стержней из сталей СтЗ и 12Х18Н9Т (образцы диаметром 16 и 20 мм) с алюминием АД1 осуществляется легко; предел прочности соединения при растяжении 9 кгс/мм, а угол загиба 180°. Соединение стали 12Х18Н9Т со сплавами АМц и АВ осуществимо; его предел прочности при растяжении 13 кгс/мм, а угол загиба 180°. При сварке стали 35 со сплавом Д19 (образцы диаметром 15-17 мм) было получено соединение с прочностью 32,6-32,9 кгс/мм с разрушением сплава Д19. Повысить прочность соединений при сварке трением можно ограничением частоты вращения деталей (п < < 1000 об/мин), в результате чего температура в стыке становится ниже температур образования жидких эвтектических прослоек, что не приводит к образованию интерметаллидов и хрупкости сварного соединения. При контактной точечной сварке алюминия со сталью сталь (толщиной 1,5-2 мм) перед сваркой очищают и алитируют. Подготовленные таким образом стальные листы сваривают с алюминиевыми сплавами АМг, Д17 (толщиной 2 мм) контактной точечной сваркой на импульсных машинах типа МТПТ на режимах, обычных для алюминиевых сплавов. Прочность соединения на срез составляет 7-7,5 кгс/мм2 [15]. Диффузионную сварку алюминиевых сплавов со сталью рекомендуется производить с применением промежуточных прослоек (из никеля, меди) для предотвращения образования хрупкой прослойки интерметаллидов. Контактные поверхности образцов перед сваркой обрабатывают резанием с получением параметров шероховатости поверхности Ra = 3,2 -~ 6,3 мкм, а никелевые и медные прослойки наносят гальваническим способом. Сварку производят при разрежении в камере 10 мм рт. ст., нагреве металла до 500° С и давлении 0,75-1,4 кгс/мм; время сварки 5-20 мин. Максимальная прочность соединения 9 кгс/мм достигается при выдержке около 30 мин. При указанных условиях в месте соединения образуется переходная зона шириной 4-6 мкм с микротвердостью 50- 140 кгс/ммМ13]. Сварку взрывом алюминия АДН со сталью 12Х18Н9Т производят при толщине стальных образцов 1,5-15 мм. Для эгой пары свариваемых металлов прочность соединения на срез - 7,2 кгс/мм АМгб ML CmanbJH АМгб Дуговая / сварка Переходник
жа взрывом Рис. 16. Соединения труб из сплава АМгб и стали типа 18-8 через переходник, изготовленный сваркой взрывом [16] [23]. При действии ударной взрывной нагрузки по линии соединения образуется волнообразная поверхность и возникают металлические связи. Наиболее прочные соединения получаются, если между сталью и алюминиевыми сплавами вводят прослойку из чистого алюминия (например, АД1). Прочность соединения достигает прочности алюминиевого сплава при давлениях соударения 40-70 бар [22]. Использование таких комбинированных прослоек при определенном отношении суммарной толщины прослойки к толщине соединяемого мета.тла (0,3-0,4) позволяет повысить прочность соединения прн осевом растяжении до 27-30 кгс/мм [16] и рекомендовать такие соединения в виде вставки для создания сосудов и труб (рис. 16), испытывающих высокие рабочие давления и действие динамических нагрузок. Сварка стали с медью и ее сплавами. В равновесном состоянии при 20 ®С медь растворяется в a-Fe в количестве до 0,3%, а железо в меди в количестве до 0,2%; хрупких интерметаллидов при этом не образуется. В связи с большими скоростями охлаждения при сварке в переходном слое образуется пересыщенный твердый раствор меди с железом, но даже при содержании железа до 2-2,5% структурно свободное железо не обнаруживается. Граница сплавления между сталью и медью резкая, с включением фазы, обогащенной железом. Со стороны стали, примыкающей к шву, размер зерна увеличивается в пределах зоны шириной 1,5-2,5 мм. Микротвердость зоны сплавления 580-620 кгс/мм [6, 18]. Ухудшает взаимную растворимость железа и меди наличие в стали углерода, а улучшает - марганец и кремний. Марганец улучшает растворимость в связи с тем, что снижает критическую точку и расширяет область -твердого раствора, в котором медь растворяется в значительно большем количестве, а кремний раскисляет сварочную ванну и упрочняет зерна твердого раствора. Затруднения при сварке и наплавке меди на сталь связаны с высоким сродством меди к кислороду, низкой температурой плавления медн, значительным поглощением жидкой медью газов, различными коэффициентами теплопроводности, линейного расширения и т. д. Одним из основных возможных дефектов при сварке следует считать образование в стали, под слоем меди, трещин, заполненных медью или ее сплавами. Это явление объясняют раскисляющим действием жидкой меди, проникающей в микронадрывы в стали по границам зерен при одновременном действии термических напряжений растяжения (эффект Ребиндера). Однако на углеродистых и низко- легированных сталях трещин мало и размеры их невелики. В сталях, имеющих повышенное количество легирующих элементов, в частности в сталях типа 12Х18Н9, число и размеры треш,ин заметно возрастают, что снижает прочность соединений. Для сталей типа 12Х18Н8 эффективным средством уменьшения числа трещин является получение ферритной фазы в подслое либо использование аусте-нитно-ферритных сталей. Так, при соединении сталей с содержанием феррита свыше 30% проникновения меди в сталь не наблюдается, так как феррит не смачивается медью и проникновение меди в микронадрывы уменьшается [18]. Для уменьшения опасности образования в стали трещин рекомендуется вести сварку на минимальной погонной энергии; в качестве присадочного металла следует применять никелевый сплав МНЖ-5-1 или бронзу БрЛМц9-2. Никель и алюминий в жидком металле снижают его поверхностную активность, что уменьшает опасность образования глубоких трещин в стали. Медь, латунь и бронза успешно свариваются со сталью всеми способами сварки плавлением на таких же режимах, как и стальные сварные соединения соответствующих сечений. Однако дугу несколько смещают в сторону меди или ее сплавов. Для оптимизации условий наплавки меди на сталь требуется, чтобы не было расплавления стали, но она должна хорошо смачиваться (для этого ее температура не должна превышать 1100° С), и длительность контактирования меди со сталью при этой температуре должна быть не менее 0,01-0,015 с [30]. В этом случае резко уменьшается содержание же-леза в диф(})узионной прослойке (до 0,5*6 ) Для сварки и наплавки меди и ее сплавов со сталью применяют аргонодуговую сварку, сварку под плавлеными и керамическими флюсами, в ряде случаев электронно-лучевую и диффузионную. Для сварки меди, бронз БрАМцО-2, БрКМцЗ-1, латуни ЛКб2-0,5 со сталями типа СтЗ, СтЮ, 09Г2 применяют: при ручной сварке электроды типа Комсомолец , для сварки под флюсом ОСЦ-45 - проволоку марки БрКМцЗ-1. под флюсом АН-26 проволоку марки БрХ0,7, а при сварке в среде защитных газов проволоку марок БрКМцЗ-1, БрАМцО-2 и МНЖ5-1. фективным способом наплавки бронзы на сталь является наплавка под активными керамическими флюсами. В некоторых случаях необходим предварительный нагрев изделия. Режимы сварки назначают такими же, как и при сварке меди или ее сплавов. При различной комбинации электродных проволок (БрОФ6,5-0,15; БрАМц9-2, Бр.КА1цЗ-1, БрАЖМцЮ-3-1,5) и флюсов АН-20, АН-26, АН-60, при наплавке получается металл с твердостью НВ 90- 180 [6]. При указанных сварочных материалах и способах сварки обеспечивается равнопрочность сварного соединения (по цветному металлу) при действии статической нагрузки. Для сварного соединения медь МЗр - сталь предел прочности при растяжении 21-24 кгс/мм, для соединения сплав МНЖ5-1 - сталь предел прочности 28-36 кгс/мм. Сварные соединения обладают удовлетворительной пластичностью, так, для соединения меди МЗили сплава МНЖ5-1 со сталью Ст4 при ручной Сварке угол загиба 40-85°, а при аргонодуговой сварке угол загиба 110-180°. Более высокое качество сварных соединений при аргонодуговой сварке сплавами МНЖ5-1 объясняется тем, что в металле шва содержание железа не превышает 8--10%, а при ручной сварке достигает 50-55%. Указанные способы обеспечивают также достаточно высокий предел усталости сварных соединений. Так, при базе испытаний 2-10** циклов предел выносливости соединений 2,5-3 кгс/мм; при наплавке бронзы БрАМц9-2 на сталь СтЗ предел выносливости стального образца не снижается. Другие способы сварки меди и ее сплавов со сталью не имеют такого значения, как указанные выше. Успешно выполняют диффузионную сварку меди Ml с ар-мко-железом и бронзы БрХ0,7 со сталью (типа 18-8). Для сварки других бронз со сталью разработана технология диффузионной сварки через промежуточные никелевые и оловянные покрытия [13]. Медь и ее сплавы со сталью хорошо свариваются методом сварки взрывом. Так, для соединения меди МЗ со сталью 12Х18Н9Т прочность соединения 16,8 кгс/мм при отсутствии резкого повышения микротвердости в зоне соединения [23]. Благодаря хорошей свариваемости мгди со сталью при этом способе, медь используют в качестве промежуточной прослойки при создании сталеалюминиевых переходников [10].Известно применение электронно-лучевой сварки меди со сталью типа 18-8. Сварка стали с титаном. Одной из основных задач при сварке титана со сталями является выбор таких присадочных материалов, способов и режимов сварки, при которых предотвращается или резко подавляется образование хрупких интерметаллических фаз TiFe и ИГсг- Непосредственная сварка титана со сталью не дает положительных результатов. Практическое применение находит сварка через промежуточные вставки. Единственный металл, хорошо соединяющийся с титаном и сталью без образования интерметаллических фаз, - ванадий, однако и он может образовывать карбиды. Хорошие результаты получаются при использовании комбинированной вставки, состоящей из технического тантала и термически обрабатываемой бронзы БрБ2. При аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом бронза сваривается с углеродистой или аустенитной сталью, а тантал с титаном (для титана и тантала необходима дополнительная защита или сварка в камерах с контролируемой средой). При использовании комбинированной вставки, изготовленной из бронзы БрБ2 и ниобия, для титана 0Т4-1 и стали ХН65ВМТЮ толщиной 0,7 и 2 мм аргонодуговую сварку производят в камере с контролируемой атмосферой [5]. При диффузионной сварке титана со сталью соединение получается хрупким в связи с выделением интерметаллидов по линии соединения. Применение комбинированной прослойки из ниобия и бронзы БрБ2 дает удовлетворительное соединение. Наилучшие результаты при диффузионной сварке сплава титана ВТ5-1 и стали 12Х18Н10Т получаются также при использовании трехслойной вставки, состоящей из ванадия, меди и никеля. Промежуточный слой получают прокаткой в вакууме при 800-900° С с обжатием до 55-60%. Слой никеля на границе со сталью улучшает пластичность соединения. С помощью такой технологии изготовляют трубчатые переходники, которые выдержали вакуум, гидравлические, вибрационные и коррозионные испытания [13]. Применение вставки из ванадия ВВ8 позволило сварить трубные заготовки из титана 0Т4-1 (б = 1,5 мм) и стали ВНС2 (б = 1,2 мм) электронно-лучевым методом [31]. При сварке ванадия со сталью луч был смещен от стыка в сторону стали на 1,1-1,3 мм; при сварке ванадия с титаном луч смещали в сторону титана на 0,5 мм. Сварное соединение имело прочность 49-52 кгс/мм и разрушалось по основному металлу. Сварка стали с ниобием и молибденом. Для получения соединения сплава ниобия ВН2 со сталью 12Х18Н9Т и молибденового сплава ЦМ-2А со сталью 12X18Н9Т рекомендуется сварку вести по отбортовке встык или внахлестку так, чтобы расплавлялась только сталь, без расплавления тугоплавкого металла. При электронно-лучевой сварке основной процесс взаимодействия расплавленной стали с ниобием - смачивание жидкой сталью твердого ниобия, растворение его и диффузия ниобия в сталь, которая определяется температурой расплава и временем контакта. Без прослойки интерметаллидов прочность соединения 55 кгс/мм; при толщине прослойки 3 мкм она снижается до 37 кгс/мм [25]. Соединение ниобиевых сплавов ВН4 и ВН2АЭ со сталью 12Х18Н9Т (образцы диаметром 10-16 мм, высотой 30-50 мм) получают магнитно-импульсной сваркой в вакууме через прослойку никеля (толщиной 0,1-0,2 мм). Режим сварки: нагрев в вакууме до 900-1150° С; удельная энергия удара 0,2-0,3 кгс/мм; скорость движения ударника 6 м/с. Деформация никеля при сварке до 70%, общая деформация образца по высоте 10%. Высокая прочность соединения объясняется отсутствием в соединении интерметаллидов и эффектом контактного упрочнения прослойки [8]. Сварка стали с ванадием. Основной рекомендуемый способ сварки - электронно-лучевой [4]. Для получения патрубков из ванадиевого сплава ВИЗ и стали 12Х18Н10Т рекомендована следующая технология. Расфокусированным лучом нагревают ванадиевый сплав до 1000 °С, затем луч смещают в сторону стали и нагревают ее до расплавления. Шов образуется в результате взаимодействия жидкой стали с нагретым ванадием. Полученное таким способом соединение равнопрочно основному металлу, разрушение происходит по ванадиевому сплаву вдали от места соединения. Сплав ванадия ВНМ-1 можно сваривать со сталью 12Х18Н9Т в условиях вакуума [(2-5) 10 мм рт. столба] с нагревом места сварки (в герметичном контейнере) до 900-1200° С с последующим обжатием в прессе в течение 1-2 с и деформацией заготовок на 45-70% [4]. Сварка проверена по двум вариантам: при непосредственном контакте стали и ванадия и при контакте через листовую бронзу БрХ0,7. Прочность соединения оказалась в пределах 24-26 кгс/мм, но по стыку обнаружена значительная диффузионная зона, вызванная значительной пластической деформацией. Стыковые и кольцевые соединения ванадия ВНЗ и ВНМ-1 со сталями 12Х18Н12Т и 09Х16Н4Б толщиной 1-3,6 и 10 мм получаются электронно-лучевой сваркой. Во избежание образования хрупкой а-фазы между сталью и ванадием закладывали полоски из низкоуглеродистых сталей 03Х35Н8 или 03Х17Н4 толщиной 0,5-1 мм, которые переплавлялись как присадочный металл одновременно с основным электронным лучом. При г-св = 20 -г- 65 м/ч и содержании углерода не более 0,03% основная структурная составляющая шва - пластичный феррит, легированный ванадием с небольшим количеством карбидов ванадия с высокой прочностью и пластичностью соединения. Электронно-лучевой сваркой получают сварные соединения ванадия со сталями типа 18-8, обладающие высокой стойкостью против хрупких разрушений. Возможность диффузионной сварки ванадия со сталью была рассмотрена выше в варианте сварки титана со сталью через композитный трехслойный прокат, состоящий из ванадия, меди и никеля [13]. Сварка разнородных цветных металлов и сплавов Сварка алюминия и его сплавов с медью. Кроме значительного различия физико-химических свойств алюминия и меди, сварка металлов затруднена образованием хрупкой интерметаллндной фазы. Для облегчения процесса сварки на медь (после ее очистки) необходимо наносить слой покрытия, который улучшает смачиваемость меди алюминием. Лучшим является цинковое покрытие толщиной 50-60 мкм, которое наносят гальваническим методом. Аргонодуговая сварка. Алюминий с медью сваривают по такой же схеме, как и алюминий со сталью, т. е. дугу смещают на более теплопроводный металл (в данном случае на медь) на 0,5 толщины свариваемого металла. На границе соединения со стороны меди образуется прослойка интерметаллидов (CuAlg) толщиной 3-10 мкм, а со стороны алюминия - полоска твердого раствора меди в алюминии такого же размера. Микротвердость прослойки интерметаллидов, примыкающих к меди, достигает 450-550 кгс/мм. Наличие этой зоны обусловливает относительно низкую прочность соединения; только в том случае, если толщина интерметаллидной прослойки меньше 1 мкм, она не влияет на прочность соединения. Прочность соединения, так же как и в соединениях стали с алюминием, повышается при легировании металла шва кремнием (4-5%) и цинком (6-8%), что объясняется тем, что эти элементы подавляют рост интерметаллидной прослойки. Для обеспечения стабильной прочности сварных соединений по свариваемой кромке меди нужно делать скос под углом 45-60° (рис. 17, а). Сварка по флюсу. Алюминий А5 с медью Ml автоматически сваривают по флюсу АН-А1 при толщине металла 8, 10, 12 и 20 мм, проволокой марки СВА97 диаметром 2,5 мм - по слою стандартного флюса толщиной 12-14 мм [3]. При сварке по флюсу электрод необходимо смещать от скоса на 5-7 мм в сторону меди. Сварку ведут с дополнительной подачей присадочной проволоки. В табл. 9 приведены рекомендуемые режимы автоматической сварки по флюсу и аргонодуговой сварки. При обоих способах сварки предел прочности при растяжении равен пределу прочности алюминия (7-10 кгс/мм), удельное электросопротивление шва не- |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |