сколько выше (0,037 Om-mmVm), чем у алюминия (0,0313 Ом-мм/м). Прочность сварных соединений при длительном нагреве до 150° С не изменится. При более высоком нагреве прочность соединения снижается в связи с резким увеличением сюя хрупких интерметаллидов.

Ktc/tin

w 20 k5 60 75 Скос крепок

75 30 5 60 75 Скос кромок

ШлиВден Места сварки

Рис. 17. Схемы сварки меди с алюминием, титаном и молибденом:

а - прочность соединения меди с алюминием в зависимости от угла разделки м=дной кгомки: / - V-образная; 2- Х-образная; б - подготовка кромок титана для сварки его с алюминиевым сплавом; в - форма сварного электрода из меди и молибдена

Испытания сварных соединений толшиной 6 мм из меди Ml и алюминия А5, выполненных аргонодуговой сваркой, при действии симметричного знакопеременного изгиба показали, что предел выносливости их одинаков с пределом выносливости сварных соединений из алюминия во всем диапазоне испытаний (Л = 10 -f- w циклов).

9. Режимы сварки алюминия с медью

Холодную сварку давлением алюминия с медью осуществляют при давлениях 150-200 кгс/мм при сварке встык, 8-10 кгс/мм при армировании алюминиевых шин медными накладками. Диффузионные процессы по плоскости контакта при этом способе не наблюдаются [19].

Сварку трением стержней диаметром 20 мм из алюминия АД1 и меди Ml производят в нагретом состоянии при давлении 3 и 20 кгс/мм (ковочное). Микротвердость сварного соединения в прослойке 116 кгс/мм (нагрузка 100 кг), угол загиба соединения 180°.

Контактную стыковую сварку сопротивлением и оплавлением широко применяют для соединения алюминия с медью. Для уменьшения возможности образования хрупких интерметаллидов в этом случае рекомендуют медь цинковать или алитировать, а иногда и покрывать слоем серебряного припоя. Наиболее благоприятные результаты получены при контактной сварке по методу оплавления, так как при этом обеспечивается более полное разрушение и удаление хрупких фаз из металла и шва. Прочность соединения при контактной сварке оплавлением 6-7 кгс/мм, угол загиба 180°.

Диффузионную сварку в вакууме [13] алюминиевых сплавов АН и АМг с медью осуотествляют на режиме: температура 480-510° С; давление 0,5-1 кгс/мм ппи разрежении 10~* мм рт. ст.; время 15 мин; прочность соединения на разрыв 10-12 кгс/мм.

Сварка алюминия и его сплавов с титаном [28]. При аргонодуговой сварке титанового сплава 0Т4 с алюминиевыми сплавами АМгб рекомендуется очистка кромок титана от а-слоя и загрязнений и алитирование чистым алюминием при 800-830 °С с выдержкой 1-3 мин. В этом случае период образования соединения между алюминием и титаном меньше, чем период ретардации (см. рис. 12, а), и хрупкие интерметаллиды по линии соединения не успевают образоваться. Кромки предварительно разделывают согласно рис. 17, б. До сварки на алнтированные кромки наплавляют слой чистого алюминия (5-8 мм). Последующую сварку соединений производят обычным методом как сварку алюминиевого сплава. Предел прочности при растяжении сварного соединения сплавов 0Т4 и АМгб зависит от слоя алюминия и составляет 11-27 кгс/мм, угол загиба 17-30°.

Стержни диаметром 20 мм из титанового сплава ВТ5 с алюминиевыми сплавами АД1, АМц и АМг сваривают трением. Предел прочности при растяжении для соединений равен соответственно 9, 13 и 20 кгс/мм. Угол загиба во всех случаях равен 180°.

Сварка меди и ее сплавов с титаном [24]. Сварка титана с медью затруднена из-за различия свойств и образования хрупких интерметаллидов (см. табл. 2). Наиболее успешно сварку плавлением осуществляют при использовании промежуточных вставок из специально выплавленных сплавов титана, легированного молибденом, ниобием или танталом, которые снижают температуру превращения а р и обеспечивают получение однородного титанового сплава со стабильной 6-структурой, не сильно отличающейся от структуры меди. Возможно использование вставок из сплавов Ti - 30% Nb и ВТ5 (3% А1; 6,5-7,5% Мо; 9-11% Сг). Эти сплавы при сварке с медью МЗ обеспечивают предел прочности соединения при растяжении 22-22,5 кгс/мм и угол загиба 140-180°, а при сварке с бронзой БрХ0,8 Ста = 26 - 28 кгс/мм и ф = 100 ч- 160°. В прослойке по линии соединения микротвердость достигает 470-480 кгс/мм при микротвердости бронзы БрХ0,8 120 кгс/мм.

При диффузионной сварке меди с титаном необходимо применять промежуточные прослойки. Диффузионную сварку стержней диаметром 15 мм из титановых сплавов 0Т4 и ВТ14 с медью Ml и бронзой БрХ0,7 [5] производят с применением прослоек из молибдена или ниобия толщиной 0,1-0,2 мм. Прослойку напыляют на титан, а образец предварительно отжигают в камере при 140° С в течение 3 ч, при разрежении 10 -10 * мм рт. ст. Прочность соединения 19-27 кгс/мм. Хорошие результаты получаются, если свариваемые поверхности полированы.

Сварка меди с ниобием, молибденом, танталом. При сварке специального электрода (для МГД установки) из меди и молибдена, имеющего значительные

размеры (см. рис. 17,б). Детали после подготовки собирали в специальном зажимном приспособлении из стали типа 18-8 и в таком виде помещали в индукционную печь [17]. Сварку производили при нагреве до 950° С и давлении по стыку 2,63 кгс/мм (за счет различных коэффициентов линейного расширения); выдержка в печи 2 ч. При достаточной прочности стык имел высокую герметичность. Ниобий удовлетворительно сваривают с медью и медными сплавами, с которыми он образует ограниченные растворы. Тантал с медью растворов и соединений не образует [19]. Однако при сварке в качестве вставок применяют бериллиевую бронзу БрБ2, так как путем ее закалки (перед сваркой) прочность соединения удается повысить до 60 кгс/мм [5]. Одним из вариантов электронно-лучевой сварки меди Ml толщиной 1,5 мм с молибденом ВМ2 и танталом толщиной 0,5 мм встык является случай, когда на молибденовые стержни диаметром 14 мм надевают медные втулки с толщиной стенки 1,5 мм и сварку производят по кромке медной втулки внахлестку. В обоих случаях соединения вакуумно-плотные. При электронно-лучевой сварке бронзы БрХ0,7 с ниобиевым сплавом ВН2 [29] для мелких деталей луч равномерно распределен на обе детали. При большей массе деталей луч должен быть смещен на 7з на ниобиевый сплав и на V3 на бронзу.

Сварка ниобия с молибденом. Плоские (100 х 30 х 1 мм) и цилиндрические (диаметром 4-6 мм) образцы подвергают электронно-лучевой сварке на установке У-250 А [30]. Образцы металла высокой чистоты имели следующие примеси: молибден: 0,002% С, 0,002% Oj, 0,003% N3, 0,0004% П; ниобий: 0,008% С, 0,005% О2, 0,008% N3, 0,001% Hg. Сварные соединения обладают высокой пластичностью в том случае, если в шве будет не более 20% Nb или 36% Мо для более чистых металлов (ЦМ6 и НВ4) и не более 12% Mb или 19% Мо для менее чистых металлов (ВМ1Д и ВН2А). При критическом составе, приводящем к большому количеству трещин, в шве содержится 40-50% Nb [30]. Ниобий влияет на охрупчивание молибдена, так как молибден более чувствителен к примесям внедрения, а ниобий вносит в шов повышенное количество таких примесей. При электроннолучевой сварке листов (б = 1 мм) молибдена марок ВМ1Д и ЦМ6 со сплавом ниобия ВН-2А и чистым ниобием НВ4 изучали структуру шва [7]. В швах, имеющих свыше 30% Мо, пластичность снижена, что объясняется наличием зоны стесненной кристаллизации, приводящей к образованию дефектов. При электроннолучевой сварке молибдена с ниобием особое значение имеет состояние свариваемой поверхности. Тщательная очистка на воздухе недостаточна, так как при нагреве молибдена за счет адсорбированных на поверхности газов образуются окислы, которые ухудшают состояние поверхности. Зачищенные детали рекомендуется перед сваркой подвергать предварительной дегазации в вакууме путем нагрева до 800-1000° С с выдержкой в течение 5 мин. При электронно-лучевой сварке ниобиевой проволоки диаметром 1 мм с молибденовыми стержнями диаметром 12 мм в стержнях сверлили отверстия диаметром 1 мм и глубиной 6 мм, в которые ниобиевые проволоки вставляли плотно без зазора. Сварку осуществляли оплавлением поверхности молибдена на глубину 2-2,5 мм. При испытании на вырывание разрушалась ниобиевая проволока. Микротвердость на границе сплавления в 2 раза выше микротвердости ниобия, и в 1,5 раза выше микротвердости молибдена. Возможности диффузионной сварки меди с ниобием, молибденом и танталом и ниобия с молибденом подробно рассмотрены в работе [13]. Исследовательские работы последних лет показывают возможность лазерной сварки большого числа пар разнородных металлов, однако отмечается большой разброс в свойствах сварных соединений и в некоторых случаях неудовлетворительная их пластичность. Этот вид сварки является перспективным для изделий микроэлектроники.

Применение биметалла для получения

сварных соединений разнородных металлов [20]

Биметаллические вставки из углеродистой и коррозионно-стойкой стали с алюминиевыми сплавами, из стали и медно-никелевого сплава МНЖ5-1, из стали I2X18H9T и титанового сплава 0Т4, 0Т4-1 применяют для сварки разнородных

металлов. При применении проката из биметалла из стали СтЗ и ЮХСНД и алюминиевых сплавов АМгЗ и АМгб соотношение толщин сплава и стали в пакете 1 : 1 и 1,5 : 1. Алюминиевый сплав соединяется со сталью при прокатке по подслою из чистого алюминия. Прочность биметалла на срез 7-9 кгс/мм и на отрыв 10- 15 кгс/мм. Прочность сварного соединения зависит от прочности сцепления слоев биметалла и, следовательно, от площади биметаллической вставки (рис. 18). Недостатком рассматриваемых соединений является неконструктивность узлов соединения и отсутствие средств контроля качества сцепления слоев биметалла. Это часто приводит к тому, что соединение этого типа не обладает герметичностью.

60 6, мм

Рис. 18. Схемы сварных соединений при использовании проката из биметаллических вставок:

а соединение стали с алюминиевым сплавом с помощью биметаллических вставок: / сталь; 2 - биметалл; 3 - алюминиевый сплав 1201; б - зависимость прочности сварного соединения от площади биметаллической вставки (СтЗ и АМгб; d = 70 мм; б = = 10 -f- 12 мм)

Для предотвращения появления хрупких интерметаллидов внутри биметалла при нагреве в процессе сварки необходимо выдержать рекомендуемый режим сварки. Для биметалла толщиной 10-12 мм рекомендуются: а) со стороны алюминиевого сплава аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом на режиме: / = 140 -г- 160 А; Пд = 14 -V- 18 В; icb = 6 -f- 7 м/ч; б) со стороны стали сварка в СО2 на режиме: / = 100 130 А; Ид = 18 н- 20 В; = 17 20 м/ч.

Наиболее вероятно образование хрупких интерметаллидов в биметалле СтЗ, 12Х18Н9Т и сплаве АМгб при нагреве по линии соединения выше 450° С. При нагреве до 550° С и выше биметалл расслаивается, поэтому рекомендуется сварку начинать со стороны алюминия, а после охлаждения всего узла - со стороны стали.

Список литературы

1. Бельчук Г. А. Исследование некоторых особенностей технологии аргонодуговой сварки алюминия и его сплавов со сталью. - Сварочное производство , 1961, № 5, с. 20-22.

2. Бельчук Г. А., Кох Б. А. Прочность сварных сталеалюминиевых соединений в условиях действия теплосмен. - Автоматическая сварка , 1972, № 9, с. 43 - 46.

3. Воропай И. М. Особенности технологии автоматической сварки по флюсу алюминия с медью. - Автоматическая сварка . 1967, № 2, с. 39 - 42.

4. Гонсеровский Ф. Г. Сварка стали Х18Н9Т с ванадием. - Автоматическая сварка , 1972, № 4, с. 63 - 65.

5. Горин И. Г. О сварке титановых сплавов иа никелевой основе. - Сварочное производство-, 1964, № 12, с. 25 - 28.

6. Джеваго И. И., Лебедев Ю. М., Иващенко Т. М. Исслепование зоны сплавления сварных соединений углеродистой стали с алюминиевой бронзой. - Автоматическая сварка , 1970, № 8, с. 11 - 14.

7. Задерий Б. А., Шевчук Т. В. Особенности структуры металла шва соединений ниобия с молибденом. - Автомагическая сварка , 1975, .№ 6, с. 27 - 29.

8. Закономерности образования и роста интерметаллического слоя в сварных соединениях ниобия с железом. - Автомагическая сварка , 1975, № 1, с. 70-71. Авг.: Г. К. Харченко, А. И. Игиатенко, С. В. Шеведи и др.

9. Закс И. А. Сварка разнородных сталей. М., Машиностроение , 1973. 208 с.

10. Земзин В. Н. Сварные соединения разнородных сталей. М. - Л., Машиностроение , 1966. 230 с.

11. Земзин В. Н Баграмова Т. И., Титинер 3. К. Исследование высоконнкелевых электродов для заварки дефектов в литых корпусных деталях паровых турбин. ЛДН111, 1974. 22 с.

12. Игнатов В. А., Земзин В. Н., Петров Г. Л. Влияние никеля в аустенитных швах на миграцию углерода в сварных соединениях разнородных сталей. - Автоматическая сварка , 1967, № 8, с. 1-5-

13. Казаков И. Ф. Диффузионная сварка металлов. М., Машиностроение , 1976. 200 с.

14. Кудрявцев И. В., Наумченко И. Е. Усталость сварных конструкций. М., Машиностроение , 1976. 270 с.

15. Лобанов Ю. Н. Точечная сварка алюминия с алитированной сталью. - Сварочное производство , 1967, .№ 2, с. 32-33.

16. О рациональном проектировании сварных сосудов и труб из разнородных ме-талпов. - Сварочное производство , 1973, № 9, с. 3 - 5, Авт.: А. С. Богомолов, О. А. Ьа-кши, В. С. Седых и др.

17. Петранговский А. Н. Сварка медн с молибденом. - Автоматическая сварка*,

1972, № 12, с. 69-70. НАД

18. Плазменная наплавка металлов, М Машиностроение , 1969. 190 с. Авт.: А. Е. Байнерман, М, X. Шоршоров, В. Д. Веселков и др.

19. Рабкин Д. М., Рябов В. Р. Сварка алюминия и его сплавов со сталью и медью. М., .Машиностроение , 1965. 94 с.

20. Раздуй Ф. И., Засуха П. Ф., Рябов В. Р. Сварка сталеалюминиевых конструкций с помощью биметаллических вставок. - Сварочное производство , 1966, № 1. с. 9-11.

21. Рыкалин Н. Н., Шоршоров М. X., Красулин Ю. Л. Физические и химические проблемы соедине1П1я разнородных материалов. М АН СССР, Неорганические материалы, т. 1, 1965, No 1.

22. Сахновская Е. Б., Седых В. С, Трыков Ю. П. Свойства соединений аустенитной стали с алюминиевыми сплавами при сварке взрывом. - Сварочное производство , 1971, № 7, с. 34-35. н и w

23. Сварка взрывом. - Сварочное производство , 1962, № 5, с. 3 - 6. Авт,: В. С. Седых. А. А. Дерибас. Е, И Биченков и др.

24. Сварка титановых сплавов с медью и ее сплавами. - Сварочное производство , 1965, № 8, с. 1-3. Авт.: А. С. Михаилов, Е. В. Слонимский, Ю. М, Сенин и дп.

25. Сивов Е. Н., Дьяченко В. В. Влияние термического цикла электроино-лучевой сварки на формирование шва сварных соединений ниобия со оталью. - Сварочное производство , 1973, № 4, с. 11 - 13.

26. Справочник по сварке. Т. 4, Под ред. А. И. Акулова. М., Машиностроение . 1971. с. 194-211.

27. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. Б. Е. Патона. М., Машиностроение , 1974. 768 с.

28. Фридлянд Д. А., Зиновьева Т. Н., Конев Ю. X. Сварка алюминия с титаном. - Сварочное производство , 1963, № И, с. 5 - 8.

29. Щетанов Д. П. Сварка ниобиевого сплава ВН2 с бронзой БрХ0,8. - Свароч> ное производство , 1970, № 8, с. 42.

30. Электронно-лучевая сварка ниобия с молибденом. - Автоматическая сваока ,

1973, № 8, с. 65-68. Авт.: С. М. Гуревич, Б. А. Задерий, Г. К. Харченко, Ю. П. Гаранин и др.

31. Электронно-лучевая сварка титанового сплава 0Т4-1 со сталью ВНС-2. - Сварочное производство , 1974, Ks Ю, с. 19 - 20. Авт.: В. Р. Петренко, Ф. А. Рыжов, А. В. Ба-штаков и др.

Глава 15 СВАРКА ЧУГУНА

КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА ЧУГУНА

В качестве конструкционного материала в промышленности широкое применение находит чугун, что обусловлено простотой и невысокой стоимостью изготовления изделий из чугуна, хорошими литейными свойствами, износостойкостью, надежной работой в условиях знакопеременных нагрузок и повышенных температур и т. д.

Чугун является многокомпонентным железоуглеродистым сплавом, содержащим свыше 2% С, до 5% Si и некоторое количество марганца. Сера и фосфор, как правило, являются примесями. В легированные чугуны, кроме того, вводят хром, никель, молибден и другие элементы, придающие ему особые свойства. Наличие эвтектики в структуре чугуна обусловливает его применение исключительно в качестве литейного сплава.

В зависимости от состава, условий кристаллизации и скорости охлаждения углерод в чугуне может находиться в химически связанном состоянии в виде цементита или в структурно-свободном состоянии в виде графита. Наличие цементита в сплаве придает излому светлый цвет. Поэтому чугун, в котором углерод находится в виде цементита, называется белым. Графит придает излому серый цвет, и такие чугуны называются серыми.

Графитизаторами в чугунах являются углерод, кремний, алюминий, медь, никель ь др. Эти элементы с желе-зом образуют твердые растворы, увеличивающие в его решетке число вакансий и смещений, облегчающих диффузию, уменьшающих энергию активации и ослабляющих связи между атомами углерода и железа и тем самым способствующих графитизации. Степень их влияния различна. Наиболее сильными>рафитизаторами являются углерод и кремний. Кремний, содержание которого в серых чугунах составляет 1,2-3,5%, влияет на строение чугуна и в первую очередь на степень его графитизации. Кремний изменяет степень эвтек-тичности сплава, под которой понимают отношение общего содержания углерода в чугуне к содержанию его в эвтектике. Используя графитизирующее действие кремния, можно получить эвтектический чугун при введении в него меньшего количества углерода. Регулируя соотношение углерода и кремния в сплаве, можно получить требуемую структуру в чугунной отливке (рис. 1, а).

Процесс графитизации зависит от скорости охлаждения отливки. Чем меньше скорость охлаждения, тем полнее осуществляется процесс графитизации. В условиях производства чем меньше отливка, тем больше скорость охлаждения. В результате для обеспечения процессов графитизации с уменьшением толщины стенки отливки необходимо увеличить суммарное содержание в ней углерода кремния (рис. 1, б).

По структуре чугуны разделяют на следующие группы:

1) белые чугуны, в которых весь углерод находится в виде цементита; 2) серые чугуны, в которых углерод содержится главным образом в виде пластинчатого графита; 3) высокопрочный с шаровидным графитом; 4) ковкий чугун (графит

хлопьевидной формы).

Белые чугуны имеют ограниченную область применения, так как цементит, присутствующий в его структуре в виде вторичного цементита и в составе ледебурита, придает ему высокую хрупкость, твердость, и они практически не поддаются обработке резанием. Некоторое применение в промышленности находят отбеленные чугуны, в частности при отливке деталей дробильных и размалывающих