14 Свариваемость различных металлов и сплавов

Под технологической свариваемостью понимают способность металлов образовывать прочное соединение без существенного ухудшения их технических свойств в самом соединении и в прилегающей к нему околошовной зоне.

Свариваемость является переменным свойством материала. С усовершенствованием технологии и оборудования можно улучшить свариваемость металлов. Технологическую свариваемость не следует рассматривать в отрыве от технологического процесса изготовления детали.

Большинство материалов, обладающих достаточной пластичностью, хорошо свариваются различными способами контактной сварки. Хорошо свариваются разнородные металлы, если они состоят из сплавов на одной основе.

При сварке разнородных металлов иногда возможны осложнения вследствие возникновения интерметаллических соединений, обладающих малой пластичностью.

Удельное электросопротивление ₀ и теплопроводность  в значительной степени определяют жесткость режима сварки. При малом ₀ и большой  выбирают жесткий режим, характеризуемый большой силой тока и малым временем его протекания. Такой режим требуется для сварки алюминиевых сплавов. Для сварки же коррозионно-стойких сплавов, имеющих противоположное значение ₀ и , выбирают мягкий режим с малой силой тока и большим временем его протекания.

Теплопроводность  и температуропроводность а оказывают влияние на размеры зоны термического влияния, температуру в контакте электрод - деталь, нагрев электродов и др. При жестких режимах количество теплоты, передаваемой в окружающий металл и электроды, меньше, чем при мягких режимах.

Коэффициент линейного расширения ₁ и температуропроводность а влияют на остаточные деформации. С их увеличением деформации растут. Для алюминиевых сплавов они имеют наибольшее значение, поэтому эти металлы и более склонны к деформациям. Противоположными качествами обладают титановые сплавы, имеющие меньшие значения ₁ и а. Предел текучести _т и относительное сужение  характеризуют пластические свойства металла и определяют прилагаемое усилие и размеры пластической деформации. В условиях точечной и шовной сварки наиболее пластичны легкие сплавы - алюминиевые, магниевые и титановые. Для пластического деформирования коррозионно-стойких и жаропрочных сплавов, имеющих высокий предел текучести в нагретом состоянии, требуется прилагать большие усилия.

Значительное влияние на качество сварного соединения оказывают поверхностные пленки оксидов. Они создают дополнительное сопротивление в контакте, препятствуют образованию сварного соединения. В некоторых оксидных пленках присутствует влага, которая при нагреве приводит к дополнительному окислению металла, увеличивая площадь непровара. В целях улучшения и стабилизации качества поверхность деталей подготовляют под сварку, очищая ее от оксидов. Если оксидная пленка появляется во время нагрева (например, при стыковой сварке сопротивлением), то применяют инертную или восстановительную среду или увеличивают пластическую деформацию. Углеродистые и низколегированные стали имеют оксидные пленки сравнительно небольшой плотности. Коррозионно-стойкие, жаропрочные стали и сплавы, сплавы титана и алюминиевые сплавы имеют твердые пленки с высокой температурой плавления.

При выборе или расчете режимов сварки различных конструкционных материалов следует учитывать их особенности .

Низкоуглеродистая сталь - наиболее распространенный материал для изготовления штампо-сварных конструкций. В этих конструкциях в основном применяют тонколистовую холоднокатаную сталь с содержанием углерода до 0,15 % С. Она отличается хорошей свариваемостью. Сталь имеет относительно высокое удельное электрическое сопротивление, пластична в широком интервале температур.

Стыковая сварка стали возможна на воздухе. Образующиеся на торцах деталей оксиды удаляются из стыка при сравнительно невысоких давлениях и скоростях осадки. Соединения обладают достаточной прочностью и пластичностью и не требуют последующей термической обработки.

Углеродистые, низколегированные и среднелегированные стали также используют при изготовлении штампо-сварных конструкций. Наблюдается тенденция к расширению применения низколегированных сталей. У этих металлов при сварке несколько увеличивается электрическое сопротивление и существенно растет сопротивление пластическим деформациям. Они склонны к закалке, что вызывает после сварки снижение пластичности металла и образование трещин.

Режимы сварки этих металлов выбирают более мягкими или применяют специальные циклы для предупреждения закалки. При точечной сварке используют двухимпульсный цикл с отпуском в электродах или пульсирующий (многоимпульсный) цикл. Сварочные усилия и усилия осадки при стыковой сварке увеличивают до 2 раз по сравнению с низкоуглеродистой сталью. При стыковой сварке оплавлением целесообразен цикл с предварительным подогревом, что значительно снижает скорость охлаждения.

Коррозионно-стойкие и жаропрочные стали и сплавы широко применяют в сварных конструкциях. Это в основном высоколегированные стали с высоким содержанием хрома и никеля. Они характеризуются большим электрическим сопротивлением, повышенным сопротивлением пластической деформации и низкой теплопроводностью. Для их сварки применяют меньший (в 1,5 - 2 раза) сварочный ток, чем для углеродистых сталей. Повышенное сопротивление пластической деформации требует приложения больших усилий сжатия при более продолжительном импульсе тока. Возможность образования тугоплавких оксидов при стыковой сварке снижается при повышенных скоростях оплавления и осадки. При стыковой сварке вследствие относительно медленного нагрева возможно выпадение карбидов хрома по границам зерен аустенита и ухудшение коррозионной стойкости стали. Стали с относительно высоким содержанием легирующих присадок склонны к образованию горячих трещин, особенно в условиях несвободной усадки при точечной и шовной сварке.

Титановые сплавы по своим физическим свойствам близки к коррозионно-стойким аустенитным сталям. Их сваривают при умеренных токах и большом усилии сжатия. К отрицательным свойствам этих сплавов относятся высокая химическая активность к кислороду и азоту. При поглощении газов титановыми сплавами резко снижается их пластичность. Стыковую сварку титана проводят в нейтральных газах. Достаточно надежная защита при стыковой сварке достигается и при интенсивном оплавлении деталей. Термически упрочняемые сплавы, воспринимающие закалку, иногда требуют последующей термической обработки.

Алюминиевые и магниевые сплавы характеризуются малым электрическим сопротивлением, большой теплопроводностью и высоким коэффициентом линейного расширения. Поверхность алюминиевых сплавов покрыта тугоплавкой пленкой оксидов, которую перед сваркой удаляют. Точечную и шовную сварку этих материалов выполняют на жестких режимах.

Большинство этих сплавов отличается широким интервалом кристаллизации. В целях предотвращения усадочных дефектов в заключительной стадии цикла повышают усилие проковки. Алюминиевые и особенно магниевые сплавы чувствительны к массопереносу в контакте электрод-деталь, что вызывает необходимость частой зачистки электродов.

При стыковой сварке процесс оплавления деталей и осадку проводят на больших скоростях при значительном усилии.

Медь и ее сплавы имеют малое электрическое сопротивление и большой коэффициент теплопроводности. Свариваемость их улучшается по мере снижения электропроводимости и теплопроводности. Чистую медь сваривают только на жестких режимах и электродами из вольфрама или молибдена. При этом соединение получается со сплошным проплавлением, ухудшающим внешний вид соединения. Стыковая сварка этих металлов возможна на больших скоростях оплавления и осадки.

Ряд тугоплавких металлов (ниобий, тантал, цирконий и др.) достаточно удовлетворительно свариваются точечной сваркой. При сварке молибдена и вольфрама возникают затруднения, связанные с их жаропрочностью и высокой теплопроводностью. Стыковая сварка этих металлов проходит удовлетворительно.

Литература.

1. Гуляев А.И. Технология и оборудование контактной сварки. М.: Машиностроение. 1985, 256 с.

2. Аксельрод Ф.А, Миркин А.М. Оборудование для сварки давлением. М.: Высшая школа, 1975, 238 с.

3. Глебов Л.В., Пескарев Н.А., Файгекбаум Д.С. Расчет и конструирование машин контактной сварки. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. 424 с.

4. Гуляев А.И. Технология точечной и рельефной сварки сталей. М.: Машиностроение. 1978. 246 с.

5. Кабанов Н.С. Сварка на контактных машинах. М.: Высшая школа, 1979. 215 с.

6. Кабанов Н.С., Слепак Э.С. Технология стыковой контактной сварки, М.: Машиностроение. 1970, 264 с.

7. Технология и оборудование контактной сварки / Б. Д. Орлов, Ю. В., Дмитриев, А.А. Чакалев и др. - М.: Машиностроение. 1975. 536 с.