Знать, как осуществляется сварка разнородных сталей, желательно, ведь наступают моменты, когда возникает необходимость проводить работу с материалами, которые имеют разные физические и механические свойства (например, сварка меди с другим металлом и т.п.). Эти моменты требуют соблюдения определенных технологий, кроме того, важно подбирать определенные электроды для сварки разнородных сталей.
Сварные конструкции из разнородных сталей при правильно выбранном типе сварочных материалов обладают высокими механическими свойствами.
Сварка разнородных сталей
В современных условиях специальное машиностроение развивается во многих направлениях. Однако основным является снижение затрачиваемого на изготовление аппаратуры металла с параллельным повышением мощности данного оснащения. Данное назначение требует активного применения легированных сталей и сплавов.
Из материалов подобного рода производятся не все изделия, а только ответственные участки, на которые воздействуют высокие температуры и давление, а также коррозионные среды. Целесообразнее всего для соединения в одной конструкции деталей из разнородных сталей использовать сварку. Сварное соединение положительно сказывается на нескольких моментах:
- наиболее рациональное применение материалов в изделии;
- существенное уменьшение стоимости данного изделия из-за использования легированных сталей;
- повышение технологичности конструкции.
Подобные сварные детали успешно применяются в нескольких отраслях машиностроения: энергетическое, химическое и нефтяное.
Сваривание меди и ее сплавов с титаном
Образование хрупких зон предотвращается использованием промежуточных вставок из сплавов титана.
Тип сварки – аргонно-дуговая, неплавящимся вольфрамовым электродом
Технология процесса сварки – для вставок используются сплавы титана с включением легирующих добавок молибдена или ниобия типа ВТ15. Структуры кристаллических решеток таких вставок схожи с кристаллической структурой меди. Методы сваривания те же самые, что применяются при сварке меди и ее сплавов.
Специфика сварки разнородных сталей
Сварные соединения разнородных сталей имеют собственные специфические особенности. Во время проведения работ с данными материалами главной проблемой становится предотвращение образования структурной неоднородности, которая может привести к преждевременному разрушению всей конструкции.
Для предупреждения неоднородности аустенитный металл, свариваемый с неаустенитным, должен быть насыщен никелем. Однако никель обладает несколькими недостатками: дороговизна и дефицитность данного металла. Кроме этого, никель способствует появлению горячих трещин. Поэтому при соединении сталей, эксплуатирующихся при высоких температурах, нужно параллельно увеличивать и уменьшать количество никеля.
С одной стороны, учитывая возможность предотвратить неоднородность, а с другой стороны – следует помнить о негативном воздействии никеля на соединение. Данные выводы означают, что для наплавленного металла подобного типа должно существовать “идеальное” содержание никеля. Определяется оно факторами, которые оказывают наибольшее влияние на образование неоднородности в рабочей зоне.
Как сварить разнородные материалы?
Необходимо знать, что если работать с ферритной и аустенитно-ферритной, перлитной и мартенситной, также высокохромистой сталью, следует быть осторожным, потому что в таком процессе довольно нередко появляются такие трудности, как прохладные трещинкы и прослойки.
Чтоб повысить свойство шва, необходимо воспользоваться перлитными электродами, которые используются в ручной сварке. Как другой вариант подойдет и проволока под флюсом. Лишь в таком случае шов получится пластичным и будет долговременным, потому что в нем будет минимум хрома. Рабочая температура таковая же, как и в высоколегированных сталях.
Обычно в работе с таковыми сплавами и сплавами термообработка не применяется. А ведь это негативно влияет на долговечность, потому лучше все таки обрабатывать, но на наименьшем показателе, который не допустит образования прослоек.
По сути работа с различными сплавами довольно сложна, потому, если есть необходимость сварить важную деталь, лучше потренироваться на ненадобных деталях, а уже потом приступать к главный работе.
Классификация сварных соединений разнородных сталей
Таким образом, сварные соединения материалов разнородного типа были разделены на 4 группы. Разграничение проведено в зависимости от температуры их эксплуатации. Для каждой категории существует собственная оптимальная величина, являющаяся допустимой для используемой в ней неаустенитной стали:
- 1-ая группа – до 350°С;
- 2-ая – 350-450°С;
- 3-ья – 450-550°С;
- 4-ая – более 550°С.
Электроды ЦЛ 9 в упаковке.
Исследования показали, что наплавленный металл соединений 1-ой группы должен иметь не менее 8% никеля, 2-ой – 19%, 3-ьй – 31%, 4-ой – 47%. Соответственно, для создания соединений, которые эксплуатируются при температурах до 350°С, можно использовать следующие марки электродов: ГС-1, ОЗЛ-6, ОЗЛ-27 и ЦЛ-9.
Сварочные материалы ОЗЛ-6 обеспечивают наплавленный металл типа Э-10Х25НВГ2. Электроды ЦЛ-9 дополнительно легируются ниобием и имеют тип наплавленного металла 10Х25Н13Г2Б. Электроды ОЗЛ-27 дополнительно снабжаются молибденом и гарантируют наплавленный металл химического состава следующего вида: углерод – 0,18%, кремний – 0,6%, марганец – 1,63%, никель – 10,3%, хром – 25,3%, молибден – 3,1%. Материалы ГС-1 обеспечивают химический состав указанных ниже пропорций: углерод – 0,09%, кремний – 2,5%, марганец – 6,3%, никель – 9,4%, хром – 23,3%.
Сваривание меди и ее сплавов со сталями
В этом типе соединений примечательно влияние количества углерода на качество сварного шва. Чем его меньше, тем прочней и качественней выходит взаимопроникновение в области смешивания. Благотворно на свариваемость влияют марганец (Mg) и кремний (Si).
Тип сварки – аргонно-дуговая, неплавящимся вольфрамовым электродом, ручная дуговая – плавящимся электродом, плазменное наплавление с использованием в качестве присадки токоподводящей проволоки.
Материалы для присадки – при сваривании чистой меди и бронзы БрАМц, БрКМц; для латуни Л90, 09Г2; при флюсовой сварке проволока марки М и БрКМц; для сваривания в атмосфере защитных газов МНЖ, БрКМц, БрАМц.
Флюсы — АН-26; ОСЦ-45
Технология сварочного процесса – быстрое динамическое расширение меди вследствие нагрева образовывает множество мелких микротрещин в стали в области (и около) сплавления. Для получения швов с оптимальными свойствами рекомендуется присадочный материал с вместительностью железа не более 10%.
При сварке нужно следить, чтобы было минимальное проплавление стали. При сваривании дуга должна быть смещена в сторону цветной заготовки.
Разработки электродов для разнородных сталей
Для изготовления соединений, работающих при температурах свыше 350°С, специалистами Института электросварки им. Е.О.Патона разработана линейка специальных электродов: АНЖР-3 предназначены для температуры 350-450°С, АНЖР-2 – 450-550°С и АНЖР-1 – выше 550°С. Данные сварочные материалы гарантируют оптимальное содержание никеля в сварном шве и предотвращают появление неоднородности. Кроме этого, они обладают высокими механическими характеристиками и стабильным химическим составом. Также, при проведении сварки этими электродами не нужно предварительно прогревать свариваемые изделия, а после подвергать их термообработке.
Разнородными сталями и сплавами считаются материалы, резко отличающиеся физико-механическими свойствами, химическим составом и свариваемостью. По признаку разнородности стали условно можно разделить на 4 группы:
- углеродистые и легированные,
- легированные повышенной и высокой прочности,
- теплоустойчивые,
- высоколегированные.
Почему для сварки разнородных сталей подойдут не любые электроды?
Когда свариваются неоднородные металлы (сплавы), слияние разнородных структур может вызнать определенные дефекты сварных соединений:
- трещины в металле самого сварного шва;
- появление участков со структурной неоднородностью в зонах оплавления;
- ввиду значительно разных коэффициентов расширения свариваемых металлов, рост чрезмерных остаточных напряжений.
Большинство электродов, используемых при сварке разнородных сталей и сплавов, относятся к электродам, предназначенным для сварки высоколегированных сталей и легированных сталей повышенной и высокой прочности, которые дают шов с однородной высокопластичной структурой металла.
Видео
Посмотрите ролик о марке электродов Zeller 655, данная разработка компании впечатляет своими возможностями.
Как осуществляется сварка нержавейки и черного металла
Сварка материалов, схожих по своим физико-химическим свойствам, обычно не вызывает затруднений.
Даже для «капризных» металлов, обладающих низкой свариваемостью, разработаны определенные алгоритмы, позволяющие получить качественное соединение.
Но когда речь идет о работе с разнородными металлами, возникает ряд серьезных проблем. Все эти проблемы сводятся к необходимости подбора правильного режима сварки, технологии работ и расходных материалов.
Ярким примером проблемного вопроса является сварка нержавейки с черным металлом. Несмотря на то, что оба материала представляют собой сталь, их технические свойства существенно различаются.
Чтобы реализовать качественный процесс сварки, необходимо знать, как именно подобрать оптимальные параметры.
Парадокс заключается в том, что сварной шов, как известно, обладает максимальной надежностью только когда состоит из того же материала, что и заготовки.
Прежде всего, отметим, что работы с нержавеющей сталью обладают своей спецификой, и ее придется учитывать при сварке разнородных материалов.
- Особенности
- Способы
- Выбор электродов
- Технология процесса
Особенности
Во всех справочниках и рекомендациях встречается такое понятие, как свариваемость. Это способность металла или металлов к образованию качественных и прочных соединений посредством электросварки. Что касается свариваемости нержавеющей стали, то она напрямую зависит от ряда характеристик материала.
- Относительно низкая теплопроводность нержавейки негативно сказывается на качестве соединения. Так как теплообмен с окружающей средой происходит гораздо медленнее, чем у черных металлов, то нержавейка сильно нагревается. Перегрев сварочной ванны чреват появлением трещин или сквозных прожогов, ослабляющих шов. Чтобы сваривать материалы с разной теплопроводностью, приходится снижать силу тока примерно на 20%.
- Тепловое расширение присуще любому металлу, однако несоответствие коэффициентов линейного расширения приведет к деформации детали, особенно в процессе остывания шва. Зачастую дефекты обнаруживаются именно на этой стадии процесса. Выходом из ситуации служит соблюдение зазоров между деталями. Данную особенность технологии следует помнить и при сварке разнородных деталей.
- Удельное сопротивление стали высокое, поэтому при образовании электрической дуги электроды перегреваются. В особенности данное явление наблюдается при сварке электродами из высоколегированной стали. Выходом из ситуации служит использование электродов малой длины (с уменьшением длины уменьшается сопротивление) или применение хромоникелевых электродов с малым удельным сопротивлением.
- Высокие температуры отрицательно сказываются на антикоррозийных свойствах стали. Стали, содержащие высокое количество хрома, склонны к тому, что во внутренней структуре начинает образовываться коррозия. Между кристаллами образуются трещины. Подобное явление часто наблюдается при выполнении сварочных работ. Самый эффективный способ борьбы с карбидными соединениями – интенсивное охлаждение металла. Но в данном способе есть один нюанс. Средством отвода тепла служит вода. Она применима только для хромоникелевых сталей.
Способы
Наиболее популярным способом для сварки нержавеющей стали и черных металлов является электрическая сварка. Этот способ заслужил признание и популярность, благодаря низкой себестоимости и малому количеству вспомогательных манипуляций.
К сожалению, выбирая электросварку, приходится зачастую жертвовать качеством соединений. Причиной тому служит разные показатели вязкости нержавеющей стали и черных металлов.
При температуре горения дуги сталь может растекаться, в то время, как черный металл остается достаточно вязким.
Высокая текучесть ограничивает сварщика в действиях. Практически невозможно наложить вертикальный или потолочный шов. Работая с разнородными металлами, приходится использовать переходные электроды, адаптированные под нержавейку и черный металл. Сами электроды, вернее их стержни, выполнены из нержавеющей стали.
Для газовой сварки характерно наличие присадочного материала, представленного в виде проволоки из нержавеющей стали.
При газовой сварке сталь менее текучая, поэтому данный способ обладает неким преимуществом по сравнению с дуговой сваркой. Повысить эффективность плавления черного металла позволяет специальный флюс.
Минусом газовой сварки выступают повышенные требования по технике безопасности, а также большой объем подготовительных работ.
Лучшим способом сварки нержавейки и черного металла специалисты называют аргонодуговую сварку.
Нет необходимости использовать присадочную проволоку с покрытием, так как аргон прекрасно справляется с задачей защиты сварочной ванны.
При всех достоинствах перечисленных методов следует отметить, что сварка нержавейки и металла не всегда себя оправдывает, так как финансовые затраты оказываются чрезмерно высокими.
Определяющим моментом в выборе одного из перечисленных способов сварки будет выступать поставленная цель и имеющиеся условия.
- При проведении мелкого бытового ремонта в домашних условиях самым оптимальным решением выступает электродуговая сварка электродами из нержавеющей стали. Естественно, исключаются высокие механические нагрузки на конструкцию.
- Более надежное соединение обеспечит газовая сварка. Но она доступна только в специализированных мастерских. Частный мастер вряд ли согласится приобретать дорогостоящее оборудование, к тому же занимающее много места. В промышленности и на производстве используются полуавтоматы TIG для ведения аргонодуговой сварки. Качество полученных швов высокое, но сам процесс сопряжен с материальными расходами.
Выбор электродов
Если подходить объективно к вопросу о приоритете методов сварки, то абсолютного лидерства не найти. Каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки. При работе с электродуговой сваркой важно, чтобы электроды были пригодными для сварки нержавейки.
Газовая сварка также требует присадки из нержавеющей стали. Помимо этого, в ней обязательно присутствуют легирующие вещества, в качестве которых используется никель или марганец. В сплаве сварочного шва должно присутствовать, как минимум, 40% нержавеющей стали.
Плавящиеся электроды выбираются, исходя из физических свойств обоих материалов. Вот почему сварка разнородных сталей считается сложной. Осложняет ситуацию тот факт, что не всегда материалы отличаются по механическим или техническим параметрам. Зачастую не совпадают такие показатели, как свариваемость или степень легирования.
Говоря о легировании, следует учитывать, что в простой классификации стали делятся на легированные, низколегированные, высоколегированные, углеродистые и теплоустойчивые. Каждый тип стали накладывает на выбор электродов свои требования.
Таблица совместимости электродов для сварки того или иного металла содержит в себе исчерпывающую информацию о химическом составе электрода, однако читать такие данные не каждому под силу. Наиболее популярные электроды для сварки нержавеющей стали и черных металлов:
- НИАТ-5 – определены для работы с аустенитными металлами.
- ЦТ-28 – предназначены для сварки сплавов, в которых присутствует никель.
- Э50А – подходят для сталей, обладающих высокой теплоустойчивостью.
- ОЗЛ-25Б – электроды для жаропрочных материалов.
Технология процесса
Как и любой сварочный процесс, работа с нержавейкой требует наличия подготовительного этапа. Сначала необходимо зачистить поверхности и обработать кромки деталей. Они обрабатываются до появления блеска, а затем обезжириваются. В качестве средства отлично подойдет спирт или растворитель.
Газосварку рекомендуется проводить с флюсом, который укладывается в зазоры между кромками. Работы проводятся в нижнем положении, так как повышенная текучесть не позволит накладывать вертикальные или потолочные швы. В данном процессе от сварщика требуется наличие навыка. Так, плавящийся электрод должен быть расположен чуть ближе к поверхности черного металла, нежели к кромке из нержавейки.
При разделке кромок важно помнить, что наиболее прочный шов получится с увеличением площади сварочной ванны. Предпочитается пассивное охлаждение металла. Контроль качества полученного шва предполагает исследование на наличие сквозных протечек.
На поверхность с одной стороны наносят керосин или ацетон. Допускается подкрашивание жидкостей. Если необходимо проверить шов на прочность, то жидкости подаются под давлением.
Однако избыточное давление следует подавать только после отсутствия протечек при обычном нанесении жидкостей.
