Технологические особенности получения сварных соединений из основных конструкционных материалов

Сварка углеродистых и легированных сталей. Низкоуглеродистые (менее 0,3 % С) и некоторые низколегированные стали обладают хорошей свариваемостью и соединяются большинством видов сварки без особых трудностей.

Углеродистые и легированные стали с содержанием углерода 0,3 % и более (сталь 45, 30ХГСА, 40ХНМА и др.), как правило, претерпевают закалку в ЗТВ, поэтому для сварных соединений таких сталей характерна склонность к образованию в этой зоне холодных трещин, которые появляются при насыщении металла водородом.

Для обеспечения хорошей свариваемости этих сталей при дуговой сварке рекомендуют предварительный, сопутствующий и последующий прогревы заготовок до температуры 100...300 °С, а также прокалку флюсов, электродов и осушение защитных газов. Контактную сварку этих сталей выполняют на режимах, обеспечивающих подогрев заготовок и замедленное охлаждение после сварки.

Сварка высоколегированных коррозионно-стойких сталей. На режимах, обусловливающих продолжительное пребывание металла в диапазоне значений температуры 500...800 °С, сварка высоколегированных коррозионно-стойких сталей может вызвать потерю коррозионной стойкости металла шва и ЗТВ.

При дуговой сварке для предупреждения межкристаллитной коррозии соединений рекомендуется выполнять технологический процесс с использованием минимально необходимой погонной энергии (тепловой энергии, затрачиваемой на образование единицы длины шва) с применением теплоотводящих подкладок, уменьшающих время пребывания металла при высоких температурах. Кроме того, последующая закалка сварных заготовок обеспечивает растворение образовавшихся в процессе сварки карбидов хрома и фиксирует чисто аустенитную структуру.

При дуговой сварке аустенитных сталей возможно образование в швах горячих трещин, чему способствуют широкий интервал кристаллизации, наличие вредных примесей и крупнозернистая столбчатая макроструктура шва. Аустенитные стали хорошо свариваются контактной сваркой при повышенном давлении.

Сварка меди и ее сплавов. На свариваемость меди большое влияние оказывают содержащиеся в ней вредные примеси (О2, Ho, Pb и др.). Кислород, находящийся в меди в виде оксида Cu2O, служит одной из причин образования горячих трещин в сварных швах.

В расплавленной меди водород имеет высокую растворимость, которая резко снижается при кристаллизации. Водород, оставшийся в твердом металле, вступает в реакцию с оксидом меди, в результате чего выделяются водяные пары. Последние скапливаются под высоким давлением в микропустотах, что приводит к так называемой водородной хрупкости.

Поскольку медь обладает высокой теплопроводностью, дуговую сварку выполняют с высокой погонной энергией и предварительным подогревом. Для предотвращения образования трещин сварку проводят в среде аргона, гелия, азота и их смесей либо под флюсом на основе буры (Na2B4О7). Медные заготовки толщиной более 50 мм соединяют электрошлаковой сваркой.

Основной трудностью при сварке латуней является испарение цинка. В результате снижаются прочность и коррозионная стойкость сварных соединений. При дуговой сварке в защитных газах преимущественно применяют неплавящийся (вольфрамовый) электрод. Для сварки заготовок из бронзы применяют ту же технологию, что и при сварке меди.

Удельное электросопротивление латуней и бронз выше, чем меди, поэтому они достаточно хорошо соединяются контактной сваркой. Медные заготовки контактной сварке не подлежат.

Сварка алюминия и его сплавов. Трудности сварки заготовок из этих металлов обусловлены образованием на поверхности кромок прочной и тугоплавкой пленки Al2O3, а также склонностью к образованию газовой пористости и горячих трещин.

Термически упрочняемые сплавы системы Al—Cu—Mg (дюралюмины) обладают плохой свариваемостью. При нагреве свыше 500 °C в этих сплавах оплавляются границы зерен с образованием эвтектических включений, в результате чего происходит охрупчивание сварного соединения в ЗТВ и снижение прочности по сравнению с прочностью основного материала.

При изготовлении конструкций из алюминия и его сплавов наиболее широко применяют дуговую сварку в среде инертных газов. Заготовки из этих металлов также соединяют электроннолучевой, электрошлаковой и контактной сваркой. Технически чистый алюминий обладает хорошей свариваемостью в условиях холодной сварки. Относительно хорошо свариваются термически неупрочняемые сплавы системы Al—Mn (сплав АМц) и сплавы Al—Mg (сплав АМг).

Сварка тугоплавких металлов и сплавов. Трудности при сварке титана, циркония, молибдена и ниобия связаны с тем, что при нагреве они интенсивно поглощают кислород, водород и азот. При этом даже незначительное содержание этих газов приводит к резкому снижению пластических свойств металлов.

Титан и его сплавы соединяют дуговой сваркой в среде аргона высшего сорта. Для сварки заготовок из титановых сплавов также применяют плазменную и электронно-лучевую сварку.

Цирконий весьма близок по свариваемости к титану, поэтому его сваривают по аналогичной технологии.

Молибден, ниобий и их сплавы более чувствительны к насыщению газами, чем титан, особенно кислородом. Заготовки из сплавов этих металлов соединяют дуговой сваркой в камерах, заполненных аргоном, или электронно-лучевой сваркой в вакууме.