Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Аналогичное явление возникает и при сварке разнородных металлов, когда из-за быстрого образования физического контакта жидкого металла с твердым, более тугоплавким (стадия А), на границе фаз образуется пик межфазной энергии Ес (рис. 12, в), так как переход атомной системы в новое состояние осуществляется не мгновенно, а за некоторый конечный промежуток времени; указанное явление и определяет период ретардации.
Если длительность контактировапия жидкого и твердого металлов в разнородном соединении меньше периода ретардации, то можно получить соединение разнородных металлов с ограниченной растворимостью без промежуточных хрупких прослоек. Время ретардацпи (т. е.
жизни атома перед потенциальным барьером), с (21! Ге(Ет+Еж)1 тр =то ехр ~ 2ьт где т, — время инкубационного периода для неактивируемого процесса (Ет + + Гз, =- О), с; е — постоянная величина (заряд электрона); Е, энергия активации диффузии в твердой фазе, В; Еж — энергия активации диффузии в жидкой фазе, В; й — постоянная Больцмана, эВ,'(ат К); Т вЂ” температура, К. Если длительность контактирования жидкого и твердого металлов в разнородном соединении меньше периода ретардации, то можно получить соединения разнородных металлов с ограниченной растворимостью без промежуточных хрупких прослоек.
Расчеты показывают, что при сварке пары Т! и А! при взаимодействии жидкого алюминия с твердым нагретым титаном период ретардацпи (при котором в соединении отсутствуют хрупкие фазы) составит: 170 с при температуре алюминия 700' С; 9 с при 800' С; 1 с при 900 С. Способы сварки разнородных металлов и сплавов указаны в табл. 8. Сварка без хрупких фаз затруднена тем, что в реальных сварных соединениях площади контакта велики, а контактирование происходит не по всей поверхности одновременно. Если исходить только из периода ретардации и стремления получить соединение без хрупких фаз, то можно получить соединение с «разрывным» контактом, т. е.
такое соединение, когда связь устанавливается только в отдельных местах. Для соединения алюминия со сталью избежать образования хрупкой прослойки интерметаллидов при их непосредственной сварке вообще нельзя, Кроме того, прочность такого соединения может быть неудовлетворительной. Поэтому в некоторых случаях, особенно при крупногабаритных деталях, приходится выбирать такое время контактирования, когда заведомо образуется плотный и равномерный слой интерметаллидов, надежно связывающий соединяемые металлы, но с более низкой прочностью !1, 2). Наиболее успешно удается сваривать отдельные пары металлов способами и приемами, при которых обеспечиваются: 1) минимальное время контактнрования соединяемых металлов в жидком состоянии, что уменьшает размеры прослоек хрупких интерметаллидов либо даже предотвращает их возникновение; 2) надежная защита металла при сварке от взаимодействия с окружающим воздухом; 3) предотвращение образования хрупких интерметаллидов подбором проме'куточных однородных или комбинированных из разных металлов вставок, хорошо свариваюшихся с любым металлом свариваемой пары; 4) подавление роста интер- 353 352 Сварка разнородных сталей, металлов и сплавов Сварка разнородных металлов и сплавов металлических хрупких фаз легпрованием металла шва некоторыми компонентами.
Прн сварке плавлением тонкое регулирование нагрева более тугоплавкого металла свариваемой пары и степени нагрева легкоплавкого металла достигается при электронно-лучевой сварке н при нагреве независимым источником, т. е. плазменной сваркой, либо сваркой или наплавкой дугой косвенного действия [8, 18, 30). Быстрый и равномерный контакт свариваемых жидкого легкоплавкого металла и нагретого тугоплавкого металла зависит от состояния поверхности тугоплавкого металла.
Если поверхность тугоплавкого металла загрязнена, окислена и т. п., получить соединение нельзя. Предварительное покрытие этой поверхности поверхностно-активным слоем предохраняет ее от окисления при нагреве, уменьшает ое,иее/мФ ален 15 Ве, «ее)лиг 50 20 10 О О 1О 20 5О АО дв 00 тО те 4 'В 12 10 ООВЕ,Н?Е Пегнруе1щие елелелееы а1 Рис. 13. Зависимость прочности сварного соединения стали и алюминия от: а — толщины интерметаллической прослойки (по экспериментальным данным); 0— толщины прослойки и скорости сварки энергию активации, улучшает сьшчиваемость и стабилизирует контакт между жидким легкоплавким металлом и нагретой поверхностью.
Могут быть применены покрытия [1, 19[: 1) цинковое, толщиной 30 — 50 мкм, наносимое гальваническиа1 путем либо горячим цинкованием; 2) алюминиевое из чистого алюминия, толщиной 0,1 — 0,2 мм, наносимое алитированием; 3) комбинированное медно-цинковое; 4) комбинированное никель-цинковое; 5) расплавляемые прокладки при электронно-лучевой и диффузионной сварке [13[. На регулирование толщины соединительных прослоек, имеющих интерметаллиды, и регулирование прочности всего соединения влияет способ легировання металла шва некоторыми элементами. Например, при сварке аюминиевых сплавов АМц и АМгб и оцинкованной стали толщина прослойки интерметаллидов значительно уменьшается при введении через присадочную проволоку до 5% 51, до 2,5% Сц и до ?% Хп.
Прочность сварного соединения зависит от толщины интерметаллической прослойки для соединения стали с алюминием (рис. !3, а)[1[. Прн сварке плавлением длительность нагрева и контактирования свариваемых металлов регулируют смещением источника тепла на один из металлов (более теплопроводный или легкоплавкий), а при контактной сварке — использованием электродов разного размера и сечения, применением теплоотводов и т. п. [19[.
Для защиты металлов от действия окружающего воздуха наиболее универсальным оказался способ аргонодуговой сварки, но для тугоплавких и химически активных металлов (титана, ннобня, тантала, молибдена и др.) наилучшие условия обеспечиваются при электронно-лучевой и диффузионной сварке. Толщина металла, мм Сила тока, А В качестве присадочного материала применяют сварочную проволоку марки СвА97 (чистый алюминий с небольшой присадкой кремния), благоприятно влияющую на формирование диффузионной прослойки стабильного качества.
Присадку из проволоки СвАМгб применять не следует, так как она обеспечивает соединение меньшей прочности. В этом случае в формировании интерметаллического слоя принимает участие магний (до 1 — 2вто). Атомы магния вместо атомов алюминия в кристаллической решетке одной из фаз обусловливают слабые связи, так как магний практически нерастворим в железе. При диффузионной сварке магний также препятствует сварке алюминия со сталью.
Магний резко ускоряет рост прослойки из хрупких интерметаллидов в связи с тем, что он интенсифицирует развитие процессов реактивной диффузии. Скорость сварки определяет время взаимодействия жидкого алюминия со сталью, т. е. толщину и стабильность соединительного диффузионного слоя (см. рис. 13, б). Для первых слоев скорость сварки назначают 7 — 10 и/ч, для последующих (когда сталь достаточно разогрета) 12 — 15 м/ч [1,'. При сварке по гальванически оцинкованным кромкам стальной детали статическая прочность соединения при разрыве соответствует прочности алюминия (40 кгс/мма). При нанесении на кромки слоя алюминия (путем алитирования или 12 и/р. Акулова А.
И., т. 2 Сварка стали с цветными металлами и их сплавами Сварка стали с алюминием и его сплавами. Лргонодуговая сварка. Подготовка стальной детали под сварку предусматривает для стыкового соединения двусторонний скос кромок под углом ?О' к вертикали, так как при таком угле скоса прочность соединения достигает максимальной величины.
Свариваемые кромки очищают механической обработкой, пескосгруйным способом, химическим травлением, детали подают на операцию нанесения покрытия (поверхностно-активного слоя). Недопустимо применять дробеструйную очистку, так как на поверхности металла остаются окисные включения. Для углеродистых и низколегированных сталей лучшим покрытием является цинковое, наносимое на сталь гальваническим способом. Для аустенитных сталей (12Х18Н9Т и т.
п.) лучшее покрытие алюминиевое; оно получается алитированием детали в месте сварки, после очистки с флюсом (50% КР+ 50% КС1). Алитнрование для углеродистых и низколегированных сталей применять не следует, так как в процессе алитирования растущие интерметаллиды оттесняют углерод и под прослойкой интерметаллидов образуется науглероженная зона, что снижает прочность сварного соединения [191.
Недопустимо наносить цинковое или алюминиевое покрытие по методу шоопирования, так как при этом частицы покрытия успевают окисляться, и удовлетворительно сварить алюминий со сталью не удается [1[. Сварку производят на переменном токе с использованием стандартных установок, вольфрамовых электродов диаметром 2 — 5 мм и аргона 1-го и 2-го сортов по ГОСТ 10157 — 73. Особенностью сварки алюминия со сталью, по сравнению с процессом аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов, является расположение дуги, которое должно в начале сварки первого шва удерживаться на присадочном прутке, а в процессе сварки — на присадочном прутке и образующемся валике (рис. 14, а); этим предупреждается преждевременное выгорание покрытия [1[.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
