Аргонодуговая сварка алюминия со сталью

Процесс сваривания алюминия со сталью может быть затруднен физико-химическими свойствами алюминия. Сваривание этих двух металлов в основном производится аргонодуговой сваркой с использованием вольфрамовых неплавящихся электродов.

Перед свариванием должен быть подготовлен двухсторонний скос кромок металла под углом приблизительно 70 градусов. При скосе прочность сваривания значительно увеличивается, что позволяет ей достичь наибольшей прочности. Свариваемые кромки тщательно очищаются механическим или пескоструйным способом, а в некоторых случаях – с использованием химических средств.

Химическая очистка кромок алюминия производится с помощью химического травления, а потом на поверхность металла наносится активирующее покрытие. Для подготовки алюминия к свариванию не допускается дробеструйная очистка, потому что на поверхности металла могут оставаться окисные соединения. Наиболее дешевым покрытием является цинковое, которые наносится способом механической обработки.

Технология сваривания предусматривает применение стандартных сварочных установок, которыми можно работать с вольфрамовыми неплавящимися электродами.

Особенностью сваривания алюминия со сталью является расположение сварочной дуги. При начале наплавки первого сварочного шва дуга расположена на присадочном прутке, в процессе сваривания – на присадочном прутке и образовавшемся валике. После того как появилась начальная часть валика сварочную дугу нужно зажигать снова на алюминиевом валике. При сваривании встык дуга производится по кромке, сделанной на алюминиевой детали, а присадка делается на кромке из стали. Таким образом, выходит, что жидкий алюминий натекает на поверхность стали, с которой он сваривается, и скрепление этих двух металлов происходит замечательно.

Если толщина свариваемого металла не превышает 3 миллиметра, используется сила сварочного тока в 110 – 130 Ампер. При толщине металла толщиной 6 – 8 миллиметров нужно устанавливать ток в 130 – 160 А., а при толщине 9 – 10 миллиметров, 180 – 200 А. Только в таком случае Вы сможете обеспечить хороший прогрев свариваемых деталей, а также образование нужно соединительной прослойки.

В качестве присадочного материала используется проволока марки АД1. Присадку с маркировкой АМг6 применять не стоит, потому что в случае формирования интерметаллидного слоя участие может принимать магний, который только снизит прочность соединений. По всей видимости, наличие атомов магния вместо атомов алюминия может сильно снизить прочность сварочного соединения, вследствие чего образуются слабые связи, потому что магний практически не растворяется в железе.

В зависимости от типа сварочных соединений при сваривании нужно соблюдать последовательность наложения валиков сварочного шва, которые обеспечат качественное сваривание. Чередуя валики с обеих сторон можно предотвратить перегрев стальной детали, а также предупредить преждевременное выгорание цинка с его поверхности.

 

Сварка алюминия со сталью и другими металлами

Часть металлов ввиду своих особенностей сваривать сложнее остальных, особенно когда дело касается соединения двух деталей из различных материалов. Как раз к такой группе относится алюминий. Сварить его со сталью и другими металлами с помощью электродуговой сварки – задача сложная. Она составляет проблему даже для опытного сварщика.

В чем же причина осложнений? Все дело в том, что при попытке сварить алюминий с другим металлом происходит химическая реакция, в результате которой образовываются интерметаллиды. Это химические соединения из двух и более металлов, которые отличаются высокой хрупкостью. В результате получается довольно непрочный шов. Однако был выведен способ, который помогает добиться хорошего качества шва, о нем мы и поговорим.

---

Сложности сваривания

---

Как мы говорили ранее, в результате работы электродуговой сварки образовывается довольно хрупкий шов, что связано с химической реакцией между разными материалами. Обычно интерметаллиды получаются при попытке соединить алюминий с титаном, магнием, медью и сталью. Чтобы качественно выполнить работу, нужно прибегнуть к другим технологиям.

Какой бы режим электродуговой сварки вы не выбрали, добиться прочности шва у вас не получится. Выбор присадочного материала также не будет иметь значение. Разные металлы имеют различные химические и физические показатели, которые прочно связаны с их структурой. Осложняет работу и оксидная пленка, которая обладает высокой прочностью и расположена на всей поверхности алюминиевых изделий. В результате работы температура сварочной дуги будет в любом случае выше рекомендуемой, что приведет к образованию неустойчивых хрупких связей.

Несмотря на все трудности, сварить детали с получением шва приемлемого качества все-таки возможно. Есть несколько несложных способов, один из которых — сварочные работы с использованием переходной биметаллической пластины. Метод чаще всего используется в строительной сфере и в машиностроении.

---

Особенности метода

---

Сварка разнородных элементов через пластину успешно используется во многих отраслях, так как способ довольно простой и удобный. С помощью биметаллических пластин соединяют части трубопровода, приваривают алюминиевые детали к корпусам судов, детали в станках и т.д.

Сами вставки производятся способами, которые исключают появление интерметаллидов. Их толщина и состав могут меняться, в зависимости от поставленной цели. Например, для соединения стали и алюминия потребуется пластина с составом «сталь-алюминий».

---

Трудности метода

---

По сути трудность всего одна, и она заключается в химическом составе биметаллической пластины. Дело в том, что возможность образования соединения повышенной хрупкости все-таки остается на границе контакта материалов. Такое происходит в результате перегрева вспомогательной вставки. А проплавление до границы другого материала и вовсе вовсе не допустимо.

При соединении со стальной деталью следует начинать с алюминиевой стороны вставки и аналогичным материалом для соединения. Такой метод позволяет увеличить отведение тепла при дальнейшей сварке стали с соответствующей стальной стороной пластины. Далее приварка стальной стороны должна пройти без особых проблем.

Сварка алюминия со сталью,титаном,медью — Справочная информация

Сварка алюминия с медью.

Оценивая свариваемость как совокупность свойств алю­миния и меди, определяющих возможность протекания физи­ко-химических процессов, которые приводят к получению прочного неразъемного соединения, необходимо прежде все­го обратить внимание на различие их температур плавления. Когда нагрев алюминия достигает температуры плавления, медь находится еще в твердом состоянии. Интенсивное окисление алюминия и меди в процессе дуговой сварки тре­бует применения специальных мер по предупреждению образования окислов и, главное, по удалению их из зоны шва. Многочисленные опыты показали, что даже при сварке в среде аргона разрушение окисной пленки, образующейся на поверхности свариваемых металлов, и смачивание меди алюминием происходят одновременно с оплавлением медной кромки. В результате шов формируется из чрезмерно перегре­того алюминия, содержащего значительный процент меди,Механические свойства алюминия при добавке меди, а также меди при добавке алюминия резко изменяются. Диаг­рамма состояния сплава алюминий — медь (рис. 54) по­казывает, что алюминий и медь обладают неограниченной взаимной растворимостью в жидком состоянии и ограничен­ной — в твердом. При 400° С растворимость алюминия

в меди составляет 9,4%, меди в алюминии— 1,5%, при 548° С растворимость алюминия в меди—5,65%. Ниже 500° С в системе медь — алюминий, помимо областей твер­дых растворов алюминия в меди (a-фаза) и меди в алюминии (х-фаза), имеются фазы твердых растворов на основе хи­мических соединений А1Си2 (Ya-фаза, 15,8—20% Al), Al2Cu3 (б-фаза, 21—22% Al), AlCu (г]2- фаза, 28,2—29% Al), Al2Cu (9-фаза, 46—46,7% Al), Al3Cu (£-фаза, 24,6—25,3% Al).

При содержании меди в алюминии около 67% образуется легкоплавкая эвтектика (Тпл — 548° С), состоящая из х — и 0 — фаз (такую эвтектику часто называют Al — А12Си).

Оптимальным сочетанием свойств обладают алюминие­вые сплавы, содержащие до 12—13% меди. Поэтому техно­логия сварки плавлением алюминия с медью должна выби­раться с таким расчетом, чтобы содержание меди в металле шва не превышало этого процента. Шов должен формиро­ваться преимущественно из алюминия или являться спла­вом на основе алюминия. Применение присадки на медной основе вызывает перегрев алюминия и увеличивает содер­жание меди в сварном шве (до 40—60%). В результате нор­мального формирования шва не получается, он, как прави­ло, отличается повышенной хрупкостью. При сварке при­садочной проволокой на основе алюминия достигается более высокое качество соединения.

Схема образования сваркой плавлением прочного медно­алюминиевого соединения предполагает весьма непро­должительный контакт жидкого алюминия с твердой медью.

Механические свойства алюминия при добавке меди, а также меди при добавке алюминия резко изменяются. Диаг­рамма состояния сплава алюминий — медь (рис. 54) по­казывает, что алюминий и медь обладают неограниченной взаимной растворимостью в жидком состоянии и ограничен­ной — в твердом. При 400° С растворимость алюминия.https://msd.com.ua/s…miniya-s-medyu/

Электроды для сварки Алюминия со сталью

На производстве порой возникает необходимость собирать самые разнообразные конструкции. И перед сварщиками могут возникнуть нетривиальные задачи одной из которых может стать сварка биметаллических соединений. Одним из таких примеров является сварка стали и алюминия. Ведь эти два материала обладают совершенно разными физико-механическим характеристиками, и по отдельности требуют кардинально разных подходов при соединении электродуговой сваркой. Рассмотрим ниже, можно ли сварить алюминий со сталью с применением электродов.

При непосредственном сваривании алюминия со сталью электродуговой сваркой, происходит образование весьма хрупких интерметаллических соединений. Для получения шва с приемлемыми прочностными характеристиками, необходимо использовать специальные методы работ, которые позволяют нивелировать взаимное отрицательное воздействие пары металлов.

При электродуговой сварке алюминия со сталью плавящимся электродом, существует метод использующий биметаллические вставки. Они представляют собой специальный элемент, в котором алюминий уже скреплен со сталью другим методом. Например, путем прокатывания, трения, сварки взрывом или давлением с нагревом. В процессе сварки обе стороны вставки привариваются к соответствующим металлам.

Рекомендуется начинать со сварки алюминия. Это позволяет получить улучшенный отвод тепла в процессе сварочных работ стали со сталью. Также в процессе работ следует избегать перегрева заготовок, иначе в месте соединения разнородных материалов на вставке возникнет разупрочненное соединение, или даже отслоение материала. При этом нет необходимости использовать специализированные электроды, как при сварке разнородных сталей. Достаточно для сварки каждого типа металла использовать свой электрод.

Если соединение не предъявляет высоких прочностных требований к сварному шву, а требуется только герметизация, то можно использовать метод покрытия разнородными металлами. В случае сварки стали с алюминием, покрытие из алюминия предварительно наносится на стальную поверхность. Для этого можно применять либо метод погружения в расплав алюминия, либо метод напайки алюминия на стальную поверхность. При таком методе нужно применять особый метод сварки, при котором дуга направляется на элемент из алюминия и позволяет расплаву стечь из зоны сварки на зону стального с покрытием. Сходным к вышеописанному методу является нанесение на стальную поверхность серебряного припоя. После этого сварные работы выполняются с применением алюминиевого присадочного сплава, и в процессе необходимо следить, чтобы дуга не пожгла серебряный припой.

Если же брать методы сварки неплавящимся электродом для сварки алюминия со сталью, то самым надежным является применение аргонодуговой сварки неплавящимся электродом. При подготовке поверхности шва выполняется скос кромок по 70%, чтобы увеличить площадь контакта. Также обязательным условием является нанесением активирующего вещества, как правило, цинка. Перед которым обязательно следует механическая чистка и протравка поверхности. Также, при этом методе нужно соблюдать некоторые особенности положения дуги при сварке, чтобы избежать преждевременного выгорания покрытия в месте сварки.

Как видим, достаточно сложное и капризное соединение может быть выполнено разными способами, в разнообразных условиях и с широким спектром техническим оснащением. Хотя, определенно для выполнения таких швов необходима достаточно высокая квалификация самого сварщика и достаточный опыт в проведении подобного рода работ.

Можно ли приварить алюминий к нержавеющей стали?

Можно ли приварить алюминий к нержавеющей стали? 

К нам очень часто обращаются клиенты с вопросом — «можно ли приварить нержавейку к алюминию». Простыми видами сварки- покрытым электродом, аргонодуговой сваркой, полуавтоматом произвести эту технологическую операцию не получится. Так как при приварке к алюминию таких металлов как сталь, медь, магний, титан образуются очень хрупкие интерметаллические связи. И данное соединение не будет качественно работать ни на герметичность, ни на механические нагрузки. Следовательно качественной сваркой это назвать нельзя. При высокой необходимости для сварки алюминия с другим металлом используют биметаллические переходные заготовки, но их производство очень тяжелый технологический процесс и стоимость такого соединения очень дорогое удовольствие. Поэтому делаем вывод — для простых смертных технология сварки алюминия с другими металлами находится в недосягаемости. 

Что касается услуг по сварке алюминия — вы всегда можете обратиться в компанию Аргон66 в Екатеринбурге по адресу Космонавтов 258/3. тел. +7 343 2020023

http://argon66.ru

Про сварку разных металлов можно выделить интересную статью от компании ESAB, размещенную у них на сайте в разделе «ЦЕНТР ЗНАНИЙ ЭСАБ» 

Цитата:

«Можно ли сваривать алюминий со сталью с использованием дуговой сварки стальным плавящимся или вольфрамовым электродом в среде инертного газа (GMAW и GTAW)?

В то время как алюминий сравнительно легко скрепляется с большинством металлов адгезивным соединением или механическими способами, для дуговой сварки алюминия с другими металлами, такими как сталь, необходимы особые технологии. При непосредственном приваривании к алюминию методом дуговой сварки таких металлов, как сталь, медь, магний и титан, образуются очень хрупкие интерметаллические соединения. Чтобы избежать формирования таких хрупких составов, были разработаны специальные средства, позволяющие изолировать второй металл от расплавленного алюминия во время дуговой сварки. Два самых распространенных метода дугового сваривания алюминия со сталью — использование биметаллических переходных вставок и покрытие разнородным материалом перед сваркой.

Биметаллические переходные вставки. В продаже доступны биметаллические переходные материалы для сваривания алюминия с такими металлами, как сталь, нержавеющая сталь и медь. Такие вставки представляют собой элементы из алюминия, к которому уже прикреплен другой материал. Для скрепления этих разнородных материалов в биметаллическую переходную вставку обычно используются такие методы, как прокатка, сварка взрывом, трением, оплавлением или давлением с подогревом, но не дуговая сварка. Для дуговой сварки переходных вставок из стали и алюминия можно использовать обычные технологии, такие как GMAW и GTAW. Стальная сторона вставки приваривается к стали, а алюминиевая — к алюминию. При сварке следует избегать перегрева вставок, так как это может привести к образованию хрупкого интерметаллического соединения на стыке стали и алюминия внутри вставки. Рекомендуется начинать со сварки алюминия с алюминием. Это позволяет увеличить отвод тепла при сварке стали со сталью и тем самым избежать перегрева на участке соприкосновения стали с алюминием. Сварка с использованием биметаллических переходных вставок — распространенный метод скрепления алюминия и стали, который часто применяется для обеспечения сварных соединений высокого качества в строительной отрасли. Эта технология используется для приваривания алюминиевых палубных рубок к стальным палубам на судах, в трубных решетках теплообменников, состоящих из алюминиевых труб и решеток из обычной и нержавеющей стали, а также для формирования сварных швов между алюминиевыми и стальными трубами с использованием дуговой сварки.

Покрытие разнородными материалами перед сваркой. Чтобы упростить дуговую сварку стали с алюминием, на сталь можно нанести покрытие. Одним из вариантов является нанесение покрытия из алюминия. Для этого иногда применяется метод покрытия погружением (в расплав алюминия) или пайка алюминия на стальную поверхность. После нанесения покрытия стальной элемент можно приваривать к алюминиевому методом дуговой сварки (при этом необходимо избегать соприкосновения дуги со сталью). При такой технологии сварки используются особые приемы, которые помогают направить дугу на алюминиевый элемент и позволяют расплавленному алюминию из зоны сварки стечь на стальной элемент с алюминиевым покрытием. Еще один метод соединения алюминия со сталью предполагает покрытие стальной поверхности серебряным припоем. После этого выполняется сварка соединения с использованием алюминиевого присадочного сплава (при этом необходимо избегать прожигания слоя из серебряного припоя). Методы сварки на основе покрытия обычно не применяются в случаях, если необходимо обеспечить высокую механическую прочность соединения. Они используются только для герметизации.» 

источник — http://www.esab.ru/ru/ru/education/blog/can-i-weld-aluminum-to-steel.cfm

Сварка алюминия со сталью

Сварка при производстве электромонтажных работ

Соединение сваркой стальных токоведущих частей электрических установок с алюминиевыми осуще­ствляют в зависимости от их сечения, конструкции контактных узлов или их назначения с помощью переходных сталеалюминие­вых пластин или непосредственно. Пластины могут быть изготов­лены на стыковых сварочных машинах или сваркой с предвари­тельным алитированием стальных заготовок.

Стыковая контактная сварка. Сварка плавлением стали с алю­минием невозможна из-за образования в шве хрупкого сплава

Fe—Al. Сварка осложняется также большим различием темпера-, тур плавления алюминия (650° С), стали (1530° С) и окисной пленки алюминия (2050° С).

Для получения пластичных и прочных швов сталь — алюми­ний необходима такая организация процесса, при которой хруп­кая составляющая AlFe удалялась бы и в шве оставался бы лишь твердый раствор Fe + А1, содержащий не более 1,9% железа на стороне алюминия и не более 10% алюминия на стороне железа в диаграмме состояния. Такой процесс может быть осуществлен контактной стыковой сваркой при условии создания ударной осадки соединяемых частей с высокой скоростью до того момента, когда начнется застывание сплава. При этом должны быть обес­печены наличие достаточного количества в жидкой фазе стали и алюминия, диффузия металлов друг в друга и необходимое усилие осадки. С этой целью завод «Электрик» в Ленинграде разработал и серийно выпускает специальную машину типа МС3201 с преобра­зователем давления, обеспечивающим осадку со скоростью 300— 350 мм/с.

Эта машина используется в электромонтажной практике преи­мущественно для заготовки узлов ошиновки установок электро­лиза алюминия (электролизных ванн). На ней выполняется сварка пакетов алюминиевых лент со стальными стержнями (блюмсами) катодных блоков и приварка алюминиевых башмаков к анодным стальным стержням. В первом случае пакет из 54 алюминиевых лент толщиной 1 мм и шириной 150 мм, общим сечением 8100 мм2 приваривается к блюмсу сечением 115 X 240 мм; во втором случае алюминиевый башмак сваривается со стальным стержнем диа­метром 140 мм.

Установочная длина стальной и алюминиевой свариваемых частей составляет по 75 мм. Таким образом, в начальный момент сварки расстояние между зажимами машины равно 150 мм. Сварка производится на 16-й ступени регулировки трансформа — Yopa. Весь процесс после зажатия деталей выполняется автома­тически. При сварке происходит угар и выплавление стали на 10 мм и пакета алюминиевых лент на 65 мм, что учитывают при заготовке пакетов.

За одну смену работы на машине МС3201 сваривают около 40 соединений стальных блюмсов с пакета ми алюминиевых лент, что позволяет оборудовать этими узлами ошиновки два крупных электролизера алюминия.

Сварные соединения стали с алюминием имеют высокие элек­трические и механические характеристики. Предел прочности при испытании на растяжение составляет 60—80 МПа (6—8 кгс/мм2). Разрушение происходит по алюминию в зоне термического влия­ния. Исследование микроструктуры сварных соединений показало, что при соблюдении необходимого технологического режима хруп­кая составляющая выдавливается из зоны шва в результате удар­ной осадки. В случае же несвоевременной осадки в шве остается

прослойка хрупкой составляющей, толщина которой колеблется от 0,02 до 0,1 мм. Эта прослойка обусловливает низкую пластич­ность шва.

Таблица 11-6 Режимы алитирования стальных пластин Сечение пла­стин, мм Мини­мальное количе­ство рас­плавлен­ного алю­миния в тигле, кг Продол­житель­ность алитиро- ваиия, о 30X3 10 30 40X4 15 40 50X5 20 60 60X6 25 80 80X6 30 100 80X8 35 120 100Х 10 40 160 100Х 12 50 240 Примечание, стин 200 мм. Длина пла«

Сварка плавлением стали с алю­минием производится с пред­варительным покрытием кромок стальных деталей (пластин) тон­ким слоем алюминия путем али — тирования.

Для алитирования стальные пластины на участке 25—30 мм от торцов очищают от окалины и ржавчины на наждачном круге, при этом острые кромки немного закругляют. На зачищенную по­верхность наносят флюс ВАМИ, разведенный водой до состояния густой пасты. После просушки слоя флюса при комнатной тем­пературе кромки пластин погру­жают в расплавленный в тигле алюминий, нагретый до 750—

780° С. Режимы алитирования приведены б табл. 11-6. В процессе алитирования пластинам сообщают колебательные движения, что способствует удалению остатков флюса и шлаков.

Таблица 11-7 Режимы сварки стальных алитированных пластин с алюминиевыми Сечение пластин, мм Технологический зазор между кромками при сварке, мм Диаметр угольного электро» да, мм Диаметр присадочного прутка, мм Сварочный ток, А Число прохо­дов при сварке Мини­мально допусти­мые раз­меры шва, мм Размеры канавки в подклад­ке, мм Ориентировочная продолжи­тельность сварки, с при сварке с лицевой СТО — I роны шва, мм при подварке с обратной сторо­ны шва, мм с лицевой стороны при подварке Ширина 1 Усиление Ширина Глубина 30X3 Без 15 5 150 1 15 3 15 3 20 зазора 40X4 То же 15 5 200 — 1 — 20 3 20 3 25 50X5 » 18 5 200 — 1 — 25 3,5 25 3,5 30 60X6 » 18 8 250 — 1 — 30 6 30 6 45 80X8 2 18 10 300 250 1 1 35 7 35 7 80 100Х 10 3 20 12 350 250 2 1 40 8 40 8 130 100Х 12 3 20 12 350 250 2 2 40 8 40 8 180

Не разрешается встряхивать пластины для удаления избыточ­ного алюминия после выемки их из тигля. При наличии темных пятен или разрывов слоя алитирования следует вновь зачистить

пластину на наждачном круге и повторить алитирование.

Стальные алитированные пла­стины сваривают с алюминиевы­ми пластинами угольным электро­дом на постоянном токе прямой полярности. Режимы сварки при­ведены в табл. 11-7. Для пластин толщиной до 6 мм можно также использовать аргонодуговую свар­ку неплавящимся электродом. Режимы аргонодуговой сварки не отличаются от приведенных в табл. 9-9 для соединения алю­миниевых шин встык.

Рис. 11-5. Применение сталеалюми­ниевых переходных контактных пластин при монтаже крановых троллей: a — компенсатор на тем — тературном шве троллея; б — при­соединение алюминиевой подпиточ — ной шины к троллею; в — подклю­чение питающего алюминиевого про­вода к троллею 1 — троллей из стального угольника; 2 — сварной шов; 3,4 — стальная и алюминиевая части пластины троллей­ного компенсатора типа У-1010; 5 — гибкая часть компенсатора; б — на­правляющее устройство на стыке угол­ков; 7, 9 — стальная и алюминиевая части троллейной планки типа ПТ і 8 =■ алюминиевая подпиточная шина; 10 — алюминиевый провод

Пластины с тщательно зачи­щенными проволочной щеткой кромками укладывают на приспо­собление, предназначенное для сварки шин встык, с угольной подкладкой. На кромки пластин наносят флюс ВАМИ. В процессе сварки дугу направляют на кромки алюминиевой пластины. Сталь­ная пластина нагревается только за счет натекающего на нее слоя расплавленного алюминия. Соеди­нение достигается в результате сплавления алитирующего слоя с наплавленным алюминием. Тех­ника сварки аналогична технике сварки встык алюминиевых шин.

Важным условием получения достаточной механической проч­ности соединения является вы­полнение шва с усилением необ­ходимой величины, которая долж­на быть не менее указанной в табл. 11-7.

На рис. 11-5 приведены примеры использования сталеалюми­ниевых пластин, изготовляемых заводами Главэлектромонтажа.

Переходные пластины при заготовке узлов ошиновок или при электромонтажных работах приваривают алюминиевой частью к алюминиевым частям и стальной частью — к стальным.

Обеспечение безопасности при выполнении свароч­ных работ, а также выполнение необходимых требований промышленной санитарии являются важнейшей частью комплекса мероприятий по организации электромонтажного производства. При сварочных работах следует учитывать воз­можные несчастные случаи, …

В электромонтажной практике сварка пластмасс находит применение при монтаже соединительных муфт на кабелях с поливинилхлоридными оболочками. При этом корпус с муфты, также изготовленный. из поливинилхлорида, при­варивают внахлестку к оболочке. Наиболее …

15-1. Сварка свинца Сварка свинца в электромонтажной практике при­меняется только при монтаже свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. При этом производится приварка ушек аккумуляторных пластин к соединительным полосам. До недавнего времени сварку свинца …

СВАРКА АЛЮМИНИЯ СО СТАЛЬЮ С ПОМОЩЬЮ БИМЕТАЛЛА

СВАРКА РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Применение такого металла имеет большое практиче­ское значение для создания композитных сталеалюминие­вых конструкций, в которых можно наиболее эффективно использовать основные качества обоих металлов: высокую прочность стали и малый вес алюминиевых сплавов, что чрезвычайно важно с точки зрения экономии металлов и снижения конструкционной металлоемкости изделий.

При наличии биметалла сталь — алюминий соответ­ствующих размеров и толщины можно сваривать соедине­ния различных типов из стали и алюминия: стыковые, тавровые и др. При этом стальная деталь приваривается к стальному слою биметаллической вставки обычными спо­собами электродуговой сварки, а алюминиевая деталь при­варивается к слою биметаллической вставки также обычны­ми способами аргонодуговой сварки.

В настоящее время отечественной промышленностью освоен выпуск двух видов конструкционных биметаллов алюминий — сталь, пригодных для использования в свар­ных изделиях: биметалл сталь Х18Н10Т — сплав АМгб и биметалл армко-железо — АМгб.

Средняя статическая прочность на отрыв биметалличе­ского соединения сталь Х18Н10Т — сплав АМгб, получен­ного прокаткой, в интервале температур от *—196° С до +300° С приведена ниже:

Температура Средняя прочность

испытаний, °С соединений на отрыв, 10—7Н/м2

TOC o «1-5» h z —196……………………………………………………… 19,0

—50 15,0

20 14,0

100 13,0

200 10,0

250 . . 7,0

300 9,0

ИспытБюался также биметалл армко-железо — АМг5. При суммарной толщине биметалла 8 мм предел прочности на отрыв слоев составляет от 13,0 до 14,6 -10-7 Н/м2, для толщины биметалла 7,6 мм — от 7,1 до 11,1 • 10~7 Н/м2, Средний предел прочности на отрыв слоев биметалла Х18Н10Т— АМгб составляет от 10,4 до 15,2 • 10~7 Н/м2.

3-	* Г * т *— 1—ч
f		, ( г л	У-
У	г	Г 1 58
1	70 і 0,1

Рис. 36. Образец биметалла для изучения переходной зоны при вакуумном нагреве.

Эти данные свидетельствуют о том, что прочность схваты­вания слоев на отрыв у биме­талла Х18Н10Т —АМгб зна­чительно выше, чем у биме­талла армко-железо ■— АМгб при высокой стабильности по­казаний.

Для металлографических исследований, изучения ха­рактера распространения теп­ла и термических циклов ста­леалюминиевых соединений, характера разрушения была разработана технология и получен целый ряд сочетаний биметаллов сталь—алюминий с различными данными по составляющим.

Для опытов применяли образцы, вырезанные из биметал­лических листов сталь — алюминиевый сплав различных сочетаний. Биметаллические образцы подвергались нагре­ву. Длительные выдержки осуществлялись в печи, кратко­временные — в вакууме при повышенных температурах,

В последнем случае эксперименты проводились на би­металлических образцах, форма и размеры которых пока­заны на рис. 36. Толщина листов 6—10 мм. Для определе­ния температуры возникновения интерметаллических фаз по линии перехода в биметалле были проведены две серии опытов.

В первой из них были изготовлены образцы размерами 10 X 10 мм и подвергнуты нагреву при температурах 100, 200, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600 и 650° С соответствен­но с различным временем выдержки от нескольких секунд до 8 ч.

В результате нагрева при температурах от 100 до 500° С в течение до 8 ч в структуре биметалла никаких изменений не наблюдается.

При нагреве образцов до температур 550, 600, 650° С на границе перехода сталь — алюминий происходит об­разование интерметаллической прослойки. Она возникает при температуре 520—550° С уже при двухчасовой выдерж­ке. С увеличением времени выдержки новая фазовая со­ставляющая увеличивается незначительно.

При просмотре в поляризованном свете наблюдается развитый слой серо-голубого цвета с микротвердостью по­рядка (750—780) • 10~7 Н/м2. Толщина слоя колеблется в пределах от 10 до 20 мкм. Слой весьма хрупок, при измере­нии микротвердости иногда в нем образуются трещи­ны. Слой имеет довольно четкую границу со сплавом

АМгб.

С целью обеспечения надежного сцепления со сталью технология изготовления биметалла Х18Н10Т — J — АМгб предусматривает предварительное плакирование сплава АМгб чистым алюминием. Таким образом, в готовом виде биметалл фактически является трехслойным материалом Х18Н10Т — алюминий АДО — АМгб.

Изучалась микроструктура и фазовый состав диффу­зионного слоя на границе сталь — сплав алюминия в биме­талле толщиной 10 мм с соотношением толщин компонентов

					<	f
						і і і
					( 1	J і
					I 1 1	* і
				» . ….	1 • 1	1 ■ і
					t і 1	I ■ I					/
— — (		2_ <	ы К°	I 5?	Г	1 ’I					і і
<	СИ.. _	=3		<	1
		7-		I V		i ft y
				t і		ft V			і		) у
				V			. nj

Рис. 37. Характер изменения микротвердости по се­чению биметаллического шлифа: / — исходное состояние; 2 нагрев при 520° С> выдержка 30 мин; 3 — нагрев при 600° С, выдержка 30 мин.

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,350,40 0,45 0,50 0,55 Расстояние,

1 : 1 полученном способом пакетного плакирования. Тол­щина слоя чистого алюминия составляла 0,5 мм. Применялись образцы размером 20 X 20 X 10 мм. Из­готовление шлифов биметаллических соединений сопряжено с трудностями в связи со значительной разницей твердости 1200 ^ 1100 1b woo * і 900

I 700 л ^ 600 500 т зоо 200 100 о

стали Х18Н10Т и сплава АМгб и их электрохимических по­тенциалов. При обычных механических способах изготовле­ния микрошлифов в зоне контакта получается «ступенька», которая может быть устранена путем тщательной полировки. Выявление микроструктуры стали производили электро­литическим травлением в 1,0%-ном водном растворе хро­мовой или щавелевой кислоты.

Для выявления структуры алюминия и сплава АМгб в биметалле использовали электрополировку.

лического шлифа. При проведении

В исходном состоянии интерметалл иды по линии сплав­ления биметалла не были выявлены. На рис. 37 представ­лен график изменения микротвердости по сечению биметал­

исследований на биметалле выявлено

Рис. 38. Микроструктуры биме­талла Х18Н10Т — АМгб после нагрева (хЗОО):

_ — исходное состояние; б — нагрев 350° С, выдержка 6 ч; в — нагрев 520а С, выдержка 2 ч.

наличие по линии перехода участков (сколов), обладающих повышенной твердостью (700—850) • 10~7 Н/м2.

На рис, 38 приведен ряд микроструктур линии перехода биметалла после нагрева. Нагрев до температуры 450— 480° С и выдержка 12 ч (рис. 33, а) не вызывает видимых

‘ 650 Температура нагребало Рис. 39. Зависимость прочности биметалла 1Х18Н9Т — АМгб от тем­пературы нагрева и времени выдержки; / — 1 ч; 2 — 2 ч; 5 — 4 ч; 4 — 6 ч; 5 — 8 ч.

изменений в структуре. Резких изменений микротвердости на данных шлифах не выявлено. При нагреве в течение 10 мин до температуры 520° С обнаруживается тонкая про­слойка интерметаллидов толщиной 3—3,8 мкм.

При исследовании фазового состава на поверхности би­металла алюминий — сталь, обнаружены фазы состава FeAl3 и Fe2Al6. Одновременно проводился электронографический анализ образцов после кратковременных испытаний на раз­рыв. На поверхности излома обнаружены алюминий, окис­лы А1203, Fe203 и Al2Si205 (ОН)4. Из полученных электроно­графических данных видно, что незначительный нагрев до температуры 500° и приложение напряжений дает на по­верхности излома интерметаллические фазы Fe3C, Fe2Al5 и FeAl3.

Результаты механических испытаний нескольких серий биметалла сталь Х18Н10Т + сплав АМгб после изотерми­ческого нагрева приведены на рис. 39.

Как следует из графиков, прочность сцепления слоев би­металла при нагреве до температур 450—480°С практически не изменяется. В случае нагрева биметалла до температуры 600°С прочность его практически падает до нуля, особенно при больших выдержках. Некоторое увеличение прочности сцепления слоев биметалла в районе температур 450—480° С объясняется возникновением очень тонкой интерметал­лической прослойки по границе сцепления.

Влияние различных режимов нагрева в интервале тем­ператур 300—600° С при длительности нагрева до 8 ч на из­менение прочности сцепления слоев биметалла показано на рис. 40. Обращает на себя внимание значительный разброс данных механических испытаний даже в пределах одного режима обработки. Это свидетельствует о неоднородности границы сцепления компонентов биметалла Х18Н10Т + + АМгб.

При исследовании распределения железа поперек зоны соединения установлено, что вблизи линии контакта желе­за с алюминием содержание железа несколько уменьшается, так как в результате предварительного отжига стальных листов перед прокаткой происходит окисление поверхности,

Микрорентгеноспектральным анализом биметалла в ис­ходном состоянии не обнаружено образования интерметал-

лических фаз на границе соединения. На рис. 41 представ­лены результаты анализа после изотермической выдержки биметалла в течение 60 ч при температуре 480° С.

Рис. 40. Зависимость прочности биметалла 1Х18Н9Т — АМгб от времени выдержки при температуре нагрева:

6 7. 8 9 Время выдержки, ч

300°С; 2 — 350° С; 3 — 400° С; 4 — 450° С; 5 — 480°С; 6 — 520° С; 550° С; 8— 600° С,

Резкое падение прочности в интервале температур 515—* 530° С вызывается интенсивным ростом интерметалличе­ской прослойки (при содержании ж