Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

ветственно. Поэтому при затвердевании расплава уже при со­ держании железа порядка 0,1 % будут образовываться интерметаллиды TiFe и TiFe2 , которые резко снижают пластические свойства материала.

Титан и железо имеют существенное различие в кристалли­ ческом строении и физических свойствах (гл. 1, табл. 1.5).

Сварка взрывом осуществляется с промежуточными про­ кладками и без прокладок. В последнем случае может иметь место появление интерметаллидов TiFe и TiFe2 в местах вкрап­ ления литого металла и перемешивания. При отжиге таких соединений идет дальнейший рост интерметаллидной фазы, вы­ деление карбидов титана. В зоне контакта может наблюдаться появление пор. В качестве прокладок используют ниобий, ва­ надий, никель, медь, серебро, железо и сплавы из тугоплавких материалов.

Диффузионной сваркой получают удовлетворительные ме­ ханические характеристики, когда ширина слоя интерметалли­

материала. Применение прокладок из V и Си при сварке ВТ6, ВТ5-1 со сталью 12Х18Н9Т позволило получить предел проч­ ности вплоть до 530—570 МПа. В соединении не обнаружива­ ется интерметаЛлидных фаз даже после длительного нагрева при высокой температуре (1000 °С в течение 10 ч). Слой Си при сварке предотвращает образование карбидов ванадия, охрупчивающих соединения. В соединении V—Си легкоплав­ кие соединения и интерметаллиды не образуются. Соединения, выполненные через комбинированные прокладки меди (тол­ щина 0,01 мм) и ванадия (0,07 мм), дают предел прочности 489—503 МПа при 450 °С, удельная вязкость 350 кДж/м2, угол

загиба 50—60°.

Для получения стабильных результатов целесообразно в качестве прокладочного материала использовать тонкую мно­ гослойную ленту (V+Cu + Ni), полученную методом горячен прокатки в вакууме. С использованием такой ленты соедине­ ния ВТ5-1 и АТЗ с 12Х18Н10Т дают предел прочности при рас­ тяжении 500—590 МПа.

При сварке титана с низкоуглеродистыми сталями хорошие результаты дают прослойки из серебра.

Положительные результаты дает нагрев при диффузионной сварке в расплаве солей (70% ВаС12+30 % NaCl). При этом обеспечивается быстрый и равномерный нагрев, хорошая за­ щита металла в процессе сварки и охлаждения.

Контактная и ультразвуковая сварка листовых заготовок производится с применением промежуточных прокладок. При контактной сварке не допускается подплавления поверхности

Клинопрессовой сваркой в среде аргона титановых сплавов со сталью 12Х18Н9Т получают положительные результаты че­ рез прокладку А1 или через Си [5]. Нагрев при использовании алюминия 350 °С, при меди 850 °С. Толщина прослойки 0,1— 0,2 мм.

Из способов сварки плавлением наибольшее распростране­ ние получила электронно-лучевая и аргонодуговая сварка ти­ тана со сталью с применением вставок из ванадия и его сплавов.

33.3. Сварка меди и медных сплавов с металлами

исплавами других групп

33.3.1.Сварка меди с алюминием

Диаграмма состояния алюминий — медь свидетельствует, что в этой системе существует ряд устойчивых при комнатной тем­ пературе химических соединений: 0-фаза (А12Си), т]-фаза (А1Си), £2-фаза, б-фаза (А12Си3), у2-фаза (А1Си2), у-фаза (AUCug). Они имеют высокую твердость и низкую пластич­ ность [8]. При комнатной температуре медь обладает сравни­ тельно малой растворимостью в алюминии, несмотря на сход­ ство в кристаллическом строении этих металлов.

В сравнении с сочетанием алюминия с другими металлами (например, Ni, Fe) для взаимодействия А1 с Си характерны большие скорости роста прослоек интерметаллидов и малая продолжительность латентного периода. Для каждого способа существует достаточно узкий диапазон значений технологиче­ ских параметров режимов сварки и температурно-временных условий эксплуатации биметаллического соединения. Работа биметалла А1 + Си допускается при температуре, не превышаю­ щей 4.00 QC во избежание интенсивного роста диффузионного слоя и резкого ухудшения механических свойств. При нагреве

образование б-фазы, которая диффундирует в латунь, в ре­ зультате чего появляется уг-фаза и a-твердый раствор. Насы­ щение б-фазы с другой стороны алюминия ведет к образова­ нию 6-фазы.

Всвязи с тем, что существуют достаточно пластичные

сплавы системы А1—Си, содержащие до 7 % Си, и бронзы с содержанием А1 до 10 %, является перспективным такое ве­

ного плакирования алюминиевых деталей медью (токоведущие элементы трансформаторов, шинопроводы, токоподводы к элек­ тролизерам) точечной сваркой, получения стыковых соедине­ ний проводов, шин и других элементов компактных сечений. Материал заготовок — технически чистая медь и алюминий.

Методом холодной прокатки получают биметаллические ли­ сты, полосы (карточная и рулонная прокатка). Степень об­ жатия при сварке прокаткой 60—75 %.

В связи с необходимостью создания в зоне соединения на­ правленного течения металла эта специфика процесса накла­ дывает определенные ограничения на соотношения толщин ис­ ходных заготовок. В связи с этим получить листовой материал при толщине больше 4 мм и малой толщине плакирующего слоя затруднительно или вовсе не представляется возможным. Для электротехнической промышленности получают слоистый

сварке встык, кроме возможностей самого оборудования, нет. Реально сваривают элементы с площадью сечения до 1000 мм2. Техника подготовки и сварки не отличается от общих техноло­ гических закономерностей холодной сварки.

При этом способе сварки образование интерметаллидов ис­ ключено, так как процесс идет без предварительного нагрева.

Сварка трением и ультразвуковая применяется для более широкой номенклатуры свариваемых алюминиевых и медных сплавов. Основная особенность, присущая этим методам, со­ стоит в том, что в силу их специфики из зоны соединения не­ прерывно идет эвакуация нежелательных продуктов взаимо­ действия материалов (интерметаллидов). При сварке трением меди со сплавом АМц на шлифах наблюдается прерывистая узкая (~1,5 мкм) зона интерметаллидов.

При ультразвуковой сварке соединение выполняется вна­ хлестку точками или непрерывным швом. В силу специфики процесса толщина заготовки, со стороны которой подводятся колебания, ограничена величиной порядка 1,2—1,5 мм из-за гистерезисных потерь в толще материала.

Диффузионная сварка дает доброкачественные соединения при сварке Си с А1 и некоторыми его сплавами при макси­ мально возможном ограничении температуры нагрева, времени сварки и при использовании барьерных подслоев и покрытий. В качестве материала таких слоев могут быть использованы Zn, Ag, Ni.

Сварка плавлением может осуществляться только в том случае, когда обеспечивается в основном плавление алюминия. Это может позволить получать в шве металл с ограниченным (6—8% ) содержанием меди, что обеспечивает оптимальное со­ четание свойств соединений. Основные пути решения задачи: применение рюмкообразной разделки кромок, снижение опас­ ности перегрева металла в корне шва, легирование металла

в 3—5 раз уменьшить протяженность интерметаллидной про­ слойки со стороны меди (до 10—15 мкм). Кромка медной за­ готовки при этом разделывается под углом 60°. Введение Zn через присадку при аргонодуговой сварке под флюсом приво­ дит к тому, что содержание меди не превышает 12%. а коли­ чество цинка в шве может достигать 30 %. Соединения, полу­ чаемые в таких случаях, разрушаются при испытании по алю­ минию вдали от шва.

Электролитическое нанесение на медную кромку слоя олова или цинка при сварке металла малой толщины (3—8 мм) поз­ воляет получать доброкачественные соединения, так как слой покрытия, выполняющий роль барьера, кроме того, создает перед движущейся волной жидкого металла прослойку, облег­ чающую смачивание поверхности расплавом алюминия.

Применение более жестких режимов сварки (больших, чем необходимо для сварки алюминия) способствует получению удовлетворительного качества соединения. С уменьшением ско­ рости сварки увеличивается переход меди в шов, растет время пребывания зоны контакта материалов при температуре интен­ сивного роста интерметаллидов. Рекомендуется [3] выбирать погонную энергию из соотношения q/v= (18,8—20,9)6, где 6 — толщина свариваемого материала.

Смещение электрода в сторону более теплопроводной меди должно, составлять (0,5—0,6)6.

33.3.2. Сварка меди с титаном

Особенностью металлургического взаимодействия Ti с Си, ока­ зывающего влияние на условия и саму возможность получения соединений между ними и качество соединения, является

способность этих металлов вступать в химическое взаимодействие с образованием интерметаллидов состава Ti2Cu (39,88 % Си), TiCu (57,0% Си), ТЮиз (79,92% Си), давать легкоплавкие эвтектики при концентрации меди 66 и 43 % с температурой плавления соответственно 855 и 955 °С. Титан и медь образуют систему с ограниченной растворимостью и эвтектоидным рас­ падом p-фазы. Максимальная растворимость меди в а-титане и 0-титане составляет 2,1 и 13,4 % при 990 °С. Растворимость Ti в Си при 400 °С 0,4 %. Поэтому в условиях сварки плавле­ нием, когда материал обеих заготовок находится в жидком состоянии, в металле шва при кристаллизации будут неиз­ бежно появляться интерметаллиды и легкоплавкие эвтектики. Последнее обстоятельство сопряжено с опасностью возникно­ вения трещин. Рассматриваемые материалы резко отличаются по температурам плавления и другим теплофизическим харак­ теристикам.

В связи с указанными металлургическими и физическими особенностями для этой пары материалов наибольшие перспек­ тивы имеют процессы сварки давлением. Применение методов сварки в жидкой фазе возможно при условии плавления только медной заготовки (режим сварко-пайки) с ограничением про­

Диффузионная сварка без применения промежуточных барьерных слоев возможна в узком диапазоне режимов и дает соединения с низкой прочностью. Для получения равнопроч­ ного соединения используют прослойки из ванадия, молибдена, ниобия.

При сварке ОТ4, ВТ14 с медью Ml и бронзой БрХ0,8 ис­ пользуются прослойки из Мо и Nb толщиной 0,1—0,2 мм в виде фольги или напыленного слоя. В последнем случае после на­ пыления на Ti проводят отжиг в вакууме при температуре 1300 °С в течение 3 ч. Применение этих материалов обуслов­ лено тем, что они с Ti образуют твердые растворы, а с Си не дают хрупких фаз. При диффузионной сварке лучшие резуль­ таты получены при использовании радиационного (печного) нагрева. Температура нагрева 950—980 °С. Продолжитель­ ность 0,5—5 ч. Более высокие температуры и продолжитель­ ность относятся к печному нагреву.

Сварка плавлением ведется с расплавлением только меди. Использование жестких режимов способствует сокращению времени контакта расплава с твердым титаном.

Электронно-лучевая сварка на жестких режимах дает со­ единения с удовлетворительными механическими свойствами только на тонких листовых заготовках. При аргонодуговой сварке предварительное напыление плазменным методом мед­