Маркировка и свариваемость цветных металлов

По своим физико-химическим свойствам цветные металлы и их сплавы в значительной мере отличаются от сталей, что необходимо учитывать при выборе сварочных материалов, способа, технологии и техники сварки.
Медь и ее сплавы маркируются по ГОСТ 859-2001 в зависимости от степени чистоты, причем с повышением цифрового индекса металла количество примесей возрастает. Например, бескислородная медь марки М00б состоит на 99,99 % (Cu+Ag), а М1б — на 99,95 % (Cu+Ag). Наиболее вредной примесью в меди является кислород, содержание которого для изготовления конструкций обычного назначения не должно превышать 0,03 %, ответственного назначения — 0,01 %, особо ответственного назначения — 0,003 %. При реакции кислорода с медью образуется закись меди, создающая с медью эвтектику, снижающую стойкость против горячих трещин.
Таким же образом проявляют себя висмут, сурьма и свинец, их количество не должно превышать соответственно 0,003, 0,005, 0,03 %. Водород является причиной пористости, так как вследствие быстрой кристаллизации он не успевает выделиться из сварочной ванны. Кроме того, он может вступать в реакцию с кислородом закиси меди с созданием водяного пара, не способного диффундировать и диссоциировать, и вследствие большого давления легко разрушает медь. Это явление носит название «водородной болезни» меди. Высокая теплопроводность и коэффициент линейного расширения вынуждают использовать концентрированные источники нагрева, предва-
рительный и сопутствующий подогрев и принимать меры по уменьшению деформации сварной конструкции.
Латуни. Это сплавы меди с цинком. Благодаря высоким механическим и технологическим свойствам они являются наиболее распро-
страненными из медных сплавов. При содержании цинка до 39 % — это однофазные α-латуни, при большем — двухфазные α+β и β-латуни. В соответствии с ГОСТ 15527-2004 латуни, обрабатываемые давлением, маркируются, например Л63 (63 % Cu, остальное — Zn). Из них изготовляют листы, трубы, полосы. Для изготовления фасонных изделий (арматуры, гребных винтов, отводов) используют более сложные по составу литейные сплавы по ГОСТ 17711-93, например ЛЦ40Мц3Ж (Cu 55 %, Mn 3 %, Fe 1 %, Zn — остальное), ЛЦ23А6Ж3Мц2 (66 % Cu, 6 % Al, 3 % Fe, 2 % Mn, Zn — остальное). При сварке латуней возникают дополнительные трудности, как, например, повышенное испарение цинка (до 25 %) из-за его низкой температуры кипения, что служит причиной пористости и изме-
нения фазового состава сплава. Кроме того, образуется ядовитое соединение ZnO2. Предварительный подогрев, увеличение скорости сварки, дополнительное введение в сварочную ванну кремния уменьшают это вредное
явление.
Бронзы — это любые медные сплавы, кроме латуней, маркируются теми же буквами, что и латуни. Так, бронзы безоловянистые, обрабатываемые давлением по ГОСТ 18175-78 маркируются, например, БрКМц 3-1 (3 % Si, 1 % Mn, Cu — остальное); БрОЦС 4-4-4 (4 % Sn, 4 % Zn, 3 % Pb, Cu — остальное), БрАЖ 9-4 (9 % Al, 4 % Fe, Cu — остальное), а безоловянистые литейные согласно ГОСТ 493-79 маркируются, например, БрА9Мц2Л (8,0…9,5 % Аl, 1,5…2,5 % Mn, Cu — остальное). Наилучшей свариваемостью обладает кремнисто-марганцевая бронза, она же часто используется в качестве присадки для сварки меди и ее сплавов. Изделия из оловянистых бронз, обра-
батываемых давлением, изготавливаются согласно ГОСТ 5017-2006 и маркируются так: БрОФ8,0-0,3 (7,5…8,5 % Sn, 0,25…0,35 % P, 0,1…0,2 % Ni, Cu — остальное), а такие же литейные бронзы изготавливаются по ГОСТ 613-79 и маркируются так: Бр03Ц12С5 (2,0…3,5 % Sn, 8,0…15,0 % Zn, 3,0…6,0 % Pb, Cu — остальное).
При сварке оловянисто-цинково-свинцовистых бронз нельзя избежать образования пор и трещин вследствие насыщения металла шва газами и значительно большего, чем у других медных сплавов, интервала температур ликвидус-солидус.
При сварке алюминиевых бронз нужно бороться с образованием оксидной пленки Al2O3, которая засоряет сварочную ванну и является причиной появления пор и трещин.
Никель и его сплавы. Полуфабрикатный никель маркируется по ГОСТ 492-2006 как НП: металл марки НП-1 содержит 99,9 % (Ni+Co), НП-4 — 99,0 % (Ni+Co).
Наиболее распространенными свариваемыми никелевыми сплавами являются монель-металл НМЖМц 28-2,5-1,5 (Cu 28 %, Fe 2,5 %, Mn 1,5 %, Ni++Co — остальное) и сплавы сопротивления — нихромы по ГОСТ 12766.1-90, например, марки Х20Н80Н (Cr 20…23 % , Si 0,4…1,5 % , Ni — остальное).
Свариваемость никеля и его сплавов затруднена вследствие их большой чувствительности к вредным примесям (Fe, S, Bi, Pb, P, Zn) и растворенным газам (О2, Н2, СО). Последние не успевают выделиться из сварочной ванны, создавая поры и трещины («водородная болезнь»). Причиной кристаллизационных трещин является создание низкотемпературных эвтектик Ni-NiS, Ni-NiP. Поэтому содержание серы и фосфора в основном металле не должно превышать 0,001 и 0,005 % соответственно. Сплавы никеля — монель-металл и нихром имеют большие, по сравнению с никелем, литейную усадку, электрическое сопротивление и меньшую теплопроводность. При сварке
нихромов проявляется склонность к образованию оксидной пленки Cr2O3, затрудняющей формирование шва.
Свинец используется только в качестве облицовочного материала, которым плакируют стальные, бетонные и даже деревянные емкости. Маркируется по ГОСТ 3778-98: С000 (99,99 % Pb), С3 (99,9 % Pb). Вредной примесью, ухудшающей свариваемость, является сурьма, охрупчивающая сварной шов; ее содержание не должно превышать 0,005 %.
Титан и его сплавы. Наиболее распространенными являются чистый титан марок ВТ1-00, ВТ1-0 и его легированные сплавы, например ВТ5 (5 % Al, 0,8 % Mo, Ti — остальное), ОТ4-0 (1 % Al, 1 % Mo, Ti — остальное), ВТ6 (6 % Al, 5 % V, Ti — остальное) по ГОСТ 19807-91. Вредными примесями в них являются кислород, азот и водород, способствующие охрупчиванию, поэтому их содержание не должно превышать 0,15 % и 0,015 % соответственно, а содержание углерода не должно превышать 0,1 %. При нагреве свыше 400 °С
титан активно реагирует с газами, поэтому приходится защищать не только плавильное пространство, но и охлаждающиеся участки сварного шва и его корень до температуры 400…500 °С. Причиной пористости является водород, а холодные трещины возникают вследствие образования и последующего распада химического соединения — гидрида титана. Свариваемость титановых сплавов гораздо хуже, чем у чистого титана.
Алюминий и его сплавы. Деформируемый алюминий и его сплавы маркируются по ГОСТ 4784-97: АД0 (не менее 99,5 % Al), АД1 (не менее 99,3 % Al), АМг3 (3,5 % Mg, 0,5 % Mn, 0,6 % Si, Al — остальное), Д16П (4 % Cu, 1,5 % Mg, 0,6 % Mn, Al — остальное), литейные сплавы по ГОСТ 1583-93 АК13 (12 % Si, 0,35 % Mn, 0,2 % Mg, Al — остальное), AK9M2 (9 % Si, 0,35 % Mn,
1,5 % Cu, 0,5 % Mg, Al — остальное).
Основные трудности при сварке алюминия и его сплавов связаны с необходимостью разрушения оксидной пленки Al 2O3, которая не растворяется в жидком алюминии, имеет высокую температуру плавления (примерно 2050 °С по сравнению с температурой плавления алюминия 660 °С) и засоряет сварочную ванну. Борьба с ней ведется как мерами предварительной
подготовки поверхности под сварку (механическим удалением оксидной пленки и травлением в растворе щелочи), так и во время сварки за счет ведения процесса на постоянном токе обратной полярности и на переменном токе, а также путем обработки сварочной ванны специальными флюсами из фтористых и хлористых солей щелочно-земельных металлов.
Пористость сварных швов связана со скачкообразным падением растворимости водорода при переходе металла из жидкого в твердое состояние.
Для облегчения выхода газовых пузырей применяют предварительный и сопутствующий подогрев. Кристаллизационные трещины образуются за счет совместного действия кремния и железа, содержание которых надо контролировать.
Высокая теплопроводность и коэффициент линейного расширения предполагают использование высококонцентрированного источника нагрева и специальных приемов по уменьшению деформации свариваемых конструкций.
Магниевые сплавы. Вследствие малой прочности и низкой коррозионной стойкости чистый магний для изготовления сварных конструкций не используется. Обрабатываемые сплавы с алюминием, марганцем, цинком маркируются по ГОСТ 14957-76 МА2 (3,0…4,0 % Al, 0,15…0,5 % Mn, 0,2…0,8 % Zn, Mg — остальное); литейные сплавы маркируются по ГОСТ 2856-79 так: МЛ3 (2,5…3,5 % Al , 0,15…0,5 % Mn, 0,5…1,5 % Zn, Mg — остальное).
Основная трудность при сварке — образование оксидной пленки MgО, борьба с ней осуществляется за счет сварки на переменном токе, когда она разрушается в моменты обратной полярности.
Композитные материалы. Композитные материалы (КМ) позволяют реализовать комплекс полезных свойств — высокую прочность и жест-
кость при растяжении и сжатии, в сочетании с длительной прочностью при низком удельном весе. Эти материалы состоят из металлической матрицы (алюминия, магния, титана, меди, кобальта), упрочненной непрерывными или короткими волокнами и нитеобразными кристаллами. Матричный сплав передает нагрузку на несущие волокнами, перераспределяет ее и препятствует распространению трещин через сечение детали, формирует волокна и защищает их от внешнего воздействия. Среди металлических КМ наибольшее распространение получили алюминиевые и магниевые сплавы, армированные борными волокнами, марок ВКА-1, ВКА-2, ВКМ-1, углеродными волокнами марки ВКУ-1, стальными проволоками марок КАС-1, КАС-1а и т. д.
Специфика КМ создает трудности как при непосредственной их сварке, так и при их сварке с однородными металлами в составе сварной конструкции. Разница в температурах плавления матрицы и упрочнителя (600…1700 ºС и 1500…2500 ºС соответственно) приводит к нарушению целостности последнего, возможности протекания химических реакций, вследствие чего происходит насыщение газами сварного шва и образование хрупких интерметаллидных соединений. Большая разница в коэффициентах тепло-емкости, теплопроводности и линейного расширения способствует образованию значительных температурных напряжений, а нарушение беспрерывности волокон по всей площади в направлении поперечном основной оси напряжений приводит к потере механических свойств КМ.
Применение накладок или соединений внахлестку снижает механические характеристики и увеличивает вес сварной конструкции. Поэтому
следует выбирать способы, обеспечивающие минимальное тепловложение в зону сварки, применять присадочные материалы или промежуточные прокладки с легирующими добавками, которые ограничивают растворение упрочняющего компонента, образование хрупких соединений и т.п.
Разнородные сварные соединения из цветных металлов. Вследствие ограниченной взаимной растворимости в твердом состоянии (за исключением системы Cu–Ni) при сварке образуются хрупкие интерметаллидные соединения, выделяющиеся на границе сплавления в виде диффузионной прослойки различной толщины. Это приводит к самопроизвольному разрушению сварного соединения под действием термических напряжений при охлаждении сварного шва. Поэтому лучше всего такие соединения свариваются в твердофазном состоянии, а при сварке плавлением применяют способ сварко-пайки, при котором мощность источника нагрева направляется в сторону более теплопроводного металла, а более тугоплавкий металл, защищается от расплавления с помощью специального охлаждающего устройства.
1.9. Технологическая свариваемость цветных конструкционных металлов и сплавов

*1 Г — газовая, Р — ручная дуговая графитовым или покрытым электродом, ПЗ — плавящимся электродом в защитных газах, НЗ — неплавящимся электродом в защитном газе,
ПФ — под флюсом, ЭШ — электрошлаковая, К — контактная, ЭЛ — электроннолучевая, Т — в твердой фазе.
*2 Необходим подогрев и проковка.
*3 Необходим подогрев.
*4 Рекомендуется проковка.
*5 Через третий металл или биметалл.
*6 Необходим подогрев и термическая обработка.
Сведения, приведенные в табл. 1.9, свидетельствуют об удовлетворительной свариваемости рассмотренных цветных металлов и сплавов и доступности многих способов сварки для их практического воплощения.

Обсудить на форуме

Комментарии

Добавить комментарий
    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent

    Маркировка и свариваемость легированных сталей

      Основную массу легированных сталей составляют низколегированная (ГОСТ 19281-89), легированная конструкционная (ГОСТ 4543-71), теплоустойчивая (ГОСТ 20072-74) и высоколегированные стали и жаростойкие и жаропрочные железоникелевые сплавы (ГОСТ

    АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ

      Благодаря своей легкости и прочности алюминиевые сплавы получили широкое распространение в автомобильной промышленности, вытеснив в ряде случаев чугун и сталь.

    ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ

      Цветные металлы встречаются в природе обычно в виде руд или сернистых соединений. Металлы получаются из руд обжигом и плавкой или электролизом, т. е. разложением раствора электрическим током.

    Сварка цветных металлов

    Медь. Ее сварка осложняется большой теплопроводностью, присущей меди (выше в шесть раз, чем у железа), способностью сильно окисляться в расплавленном состоянии.

    Припои

    Припои принято делить на две группы - мягкие и твердые. К мягким припоям относятся припои с температурой плавления до 300 С, а к твердым - выше 300 С. Однако в последнее время с появлением большого числа припоев на основе цинка и алюминия такая

    Сварка меди и ее сплавов

    Медь используется в химическом и энергетическом машиностроении ввиду высокой электро- и теплопроводности, высокой коррозионной стойкости в некоторых агрессивных средах.