В настоящее время в различных отраслях промышленности нередко встречается сварка разнородных сталей. Такое действие необходимо чаще всего в тех случаях, когда возникает необходимость создать соединения из сталей, различающихся по своим свойствам: например, соединить в одном изделии деталь из высоколегированной стали, которая будет подвергаться агрессивному воздействию в процессе эксплуатации, и деталь из низколегированной стали, на которую нагрузка в процессе эксплуатации будет значительно меньше.
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.
Где и зачем используются разнородные стали и сплавы
В современной промышленности конструкции из таких материалов имеют широкое применение. Они необходимы там, где их отдельные детали работают в разных условиях – при разных знакопеременных нагрузках, уровнях температур и агрессивности сред, абразивного износа, давления и т. д. В ряду таких сфер:
- ракетостроение;
- судостроение;
- энергетика (атомная, тепловая);
- радиоэлектроника;
- машиностроение;
- криогенные установки и т. д.
Конструкции такого типа называют комбинированными. Они обеспечивают необходимые технические и технологические характеристики оборудования, в широком ряде случаев позволяют сделать его производство более экономичным.
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?
Следует знать, что если работать с ферритной и аустенитно-ферритной, перлитной и мартенситной, а также высокохромистой сталью, следует быть аккуратным, так как в таком процессе достаточно часто возникают такие проблемы, как холодные трещины и прослойки.
Чтобы повысить качество шва, нужно пользоваться перлитными электродами, которые применяются в ручной сварке. Как альтернативный вариант подойдет и проволока под флюсом. Только в таком случае шов получится пластичным и будет долговечным, так как в нем будет минимум хрома. Рабочая температура такая же, как и в высоколегированных сталях.
Обычно в работе с такими сплавами и металлами термообработка не применяется. А ведь это пагубно влияет на долговечность, поэтому лучше все же обрабатывать, но на минимальном показателе, который не допустит образования прослоек.
На самом деле работа с разными металлами достаточно сложна, поэтому, если есть необходимость сварить важную деталь, лучше потренироваться на ненужных деталях, а уже затем приступать к основной 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%.
Свариваемость меди со сталью
Определенные трудности в процессе соединения данных металлов возникают в связи с различием в уровне их теплопроводности, а также из-за низкой температуры плавления меди. Именно поэтому прежде чем приступать к процессу, следует учесть все особенности материалов и подобрать наиболее оптимальный способ сварки. Только в этом случае можно получить качественное соединение, которое будет обладать всеми необходимыми характеристиками.
Применение защитных газов
На самом деле медь и все ее сплавы довольно неплохо сваривается со сталью. Пожалуй, самым высоким качеством обладает соединение, которое производится путем аргонодуговой сварки. С ее помощью образуется шов, который характеризуется хорошей герметичностью и прочностью. Аргонодуговая сварка производится с применением вольфрамовых электродов либо плазменной струи и специальной присадочной проволоки. Обратите внимание, что в процессе работы дугу следует немного смещать к меди, что поможет предотвратить перегрев стали.
Сварка меди и стали также может быть произведена с помощью флюсов в среде защитных газов. В этом случае используют плавящиеся либо неплавящиеся электроды и проволоку. При наплавлении меди на сталь вполне эффективен дуговой метод сварки керамических флюсов, который позволяет добиться требуемой износостойкости и твердости материала. Данный вид работы предполагает использование плоских электродов.
Технология закалки стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. Мангал из металла — это занятие, которое по силам каждому сварщику. Как сделать его своими руками, читайте в этой статье.
Как правильно варить высокопрочные стали? Узнайте об этом по https://elsvarkin.ru/texnologiya/vysokoprochnye-stali-i-osobennosti-ix-svarki/ ссылке.
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.
Свариваемость чугуна и стали
Несмотря на то, что чугун и сталь обладают схожестью химического состава, процесс сварки этих металлов также характеризуется определенными трудностями. Дело в том, что чугун содержит большое количество углерода, а потому достаточно плохо поддается плавлению. Чтобы сварить эти разнородные материалы, используются специальные электроды. Для получения надежного и прочного шва перед обработкой детали следует тщательно зачистить, особенно это касается заготовки из чугуна, который легко впитывает различные технические жидкости.
Подогрев изделия в процессе работы
Чтобы соединить чугун и сталь, как правило, используется сварочный ток обратной полярности. Однако обратите внимание, что в случае применения аппаратов с высоким током холостого хода, необходимо использовать переменный ток. В процессе работы детали необходимо прогреть до 600 градусов по Цельсию. Такая температура позволит избежать чрезмерного расширения металла, которое нередко приводит к необратимой деформации материала. В результате сварочных работ, проведенных по описанной технологии, прочный герметичный шов образуется всего за один проход.
В случае, если подогрев заготовок невозможен, сварка чугуна со сталью производится несколько иначе. Когда необходимо соединить слишком большие детали или металл имеет легкоплавкие вкрапления, процесс сварки осуществляется с помощью коротких валиков, каждый из которых необходимо охлаждать перед использованием следующего. Стоит отметить, что данный метод сварки не обеспечивает должную прочность шва, поэтому для соединения чугуна и стали более предпочтителен метод, предусматривающий предварительный подогрев деталей.
Способы сварки изделий из нержавеющих сталей и темного сплава
Для того чтоб сварить заготовки из нержавейки и темных железных сплавов, получив при всем этом высококачественные и надежные соединения, используют сварку последующих типов:
- в режиме MMA;
Если сварка изделий из темного сплава и нержавейки проводится по первой технологии (MMA), то нужно взять электроды, специально созданные для выполнения соединений цветных металлов и сплавов.
Марки и применение высоколегированных электродов
Но идеальнее всего варить нержавейку и темный сплав в среде защитного газа аргона. Для этого, естественно, будет нужно особый сварочный аппарат. Аргон в этом случае обеспечивает надежную защиту зоны создаваемого сварного шва от лишнего насыщения сплава азотом и его окисления. Если не обеспечить таковой защиты, то сплав сформированного сварного шва будет весьма хрупким, что существенно понизит надежность приобретенного соединения.
Схема сварки нержавейки аргоном
Чтоб отменно сварить изделия из нержавейки и темного сплава, в процессе выполнения операции нужно смотреть за положением электрода. Крайний, чтоб сварной шов вышел высококачественным и надежным, нужно держать перпендикулярно к поверхности соединяемых заготовок.
Сваривание алюминия с титаном
В этом случае появляются затруднения с возникновением интерметаллической зоны, приводящей к хрупкости стыка.
Тип сварки – аргонно-дуговая, неплавящимся электродом
Материал для присадки – алюминиевая проволока AB00
Технология процесса сварки – тщательно зачищенные кромки с разделанными фасками алитируют (аллюминизируют при нагреве 800 – 830˚С). Сваривание производят обычным методом для алюминиевых сплавов, смещая дугу в сторону более тугоплавкого материала.
