1.3. Зварювання тугоплавких металів

Нижньою межею температури плавлення тугоплавких металів вважають температуру плавлення хрому (1875°С). Тугоплавкі метали активно взаємодіють з більшістю газів. При взаємодії з киснем спостерігається зниження пластичності, особливо молібдену й вольфраму. У зв'язку з окисненням і випаровуванням оксидів тугоплавких металів для роботи при підвищених температурах їх поверхню необхідно захищати.

При взаємодії тугоплавких металів (крім ренію) з воднем спостерігається підвищення крихкості. Азот також негативно впливає на пластичність тугоплавких металів. Разом з тим нітриди тугоплавких металів сприяють їх зміцненню.

При зварюванні в місцях дефектів, які знаходяться на поверхні кромок, утворюються замкнені порожнини, заповнені газами, парою води і продуктами їх розпаду. При розплавленні металу ці порожнини перетворюються у бульки, які потрапляють у зварну ванну і при кристалізації утворюють пори.

Для усунення пop при зварюванні тугоплавких металів рекомендують такі заходи: шліфування й детальне очищення кромок від забруднень, зварювання із зазором, попередній підігрів, збільшення тривалості існування зварної ванни.

Високі температури плавлення й теплопровідність більшості тугоплавких металів сприяють підвищенню швидкості кристалізації та утворенню крупнозернистої структури. При цьому підвищується крихкість і виникають тріщини. Для запобігання виникненню тріщин використовують присаджувальні матеріали, які забезпечують високу пластичність металу шва, регулюють напрям тепловідводу при кристалізації, використовують заходи щодо обмеження залишкових напруг у металі шва.

Для з'єднання тугоплавких металів використовують дугове зварювання в середовищі інертних газів, електронно-променеве і лазерне зварювання. Підготовку поверхні тугоплавких металів виконують переважно хімічним травленням або електрополіруванням. Особливу увагу приділяють підготовці поверхонь торців кромок, які перед зварюванням додатково знежирюють.

При електродуговому зварюванні тугоплавких металів захисним середовищем є аргон і гелій. Товщина зварюваних металів визначена від 0,2 мм і більше. Широко використовується зварювання вольфрамовим електродом без присаджувального металу. При товщині металу понад 3 мм застосовують дугове зварювання плавким електродом. Зварювання виконують змінним і постійним струмом прямої полярності.

Суттєвий вплив на формування металу шва, структуру й механічні властивості зварних з'єднань тугоплавких металів мають умови тепловідводу та режими зварювання. Оптимальні значення параметрів режимів зварювання для різних сплавів тугоплавких металів визначаються хімічним складом сплаву, геометричними розмірами, умовами тепловідводу й способами зварювання (табл. 11.32, 11.33).

Для підвищення механічних властивостей тугоплавких металів використовують легування елементами, які нейтралізують шкідливий вплив домішок. До таких елементів належать вуглець, цирконій, титан, реній та ін.

1.4. Зварювання різнорідних металів

Різнорідними металами називають метали та сплави на їх основі, які відрізняються за хімічним складом і структурою. їх поділяють на дві групи: різнорідні метали з різною основою й різнорідні метали з однією основою. З'єднання різнорідних металів визначається фізико-хімічними властивостями з'єднуваних металів і технологією зварювання. Найхарактернішими властивостями, які визначають зварюваність різнорідних металів, є межа взаємної розчинності, різниця температури плавлення, співвідношення коефіцієнтів теплового розширення, взаємодія з газами і шлаками.

Процес утворення з'єднань поділяють на три стадії:

– зближення поверхонь на відстань, яка забезпечує утворення фізичного контакту;

– утворення міцних хімічних зв'язків між атомами з'єднуваних металів;

– розиток дифузійних процесів у зоні зварного шва.

Умовою утворення необмеженої взаємної розчинності металів є неперевищення різниці їх атомних діаметрів більше ніж на 15%. У більшості випадків взаємодія між різними елементами характеризується низькою взаємною розчинністю та утворенням складних інтерметалевих з'єднань. Додатковою трудністю зварювання різнорідних металів є їх висока хімічна активність у нагрітому й розплавленому стані з киснем, азотом, воднем, вуглецем, які утворюють хімічні сполуки, що знижують механічні властивості зварних з'єднань. Існує декілька способів зварювання різнорідних металів.

Зварювання з розплавленням з'єднуваних поверхонь

Метали зварюють між собою з розплавленням з'єднуваних поверхонь, а концентрація елементів повинна бути суворо регламентована. Задану концентрацію в металі шва одержують зміщенням джерела теплоти в бік одного з металів або розплавлюючи відборто-вану кромку одного з металів.

Зварювання з розплавленням легкоплавкішого із з'єднуваних металів

При цьому способі зварювання розплавляють один із з'єднуваних металів, який має нижчу температуру плавлення. Хімічні зв'язки утворюються в процесі змочування рідким металом поверхні твердого металу і з наступною дифузією. Таке зварювання застосовують для з'єднання металів із значною різницею температур плавлення.