Сварка прокаткой

Сварка прокаткой – это сварка давлением, которая выполняется прокатными валками, которые деформируют предварительно нагретые от внешнего источника тепла заготовки. Способ используется обычно для получения биметаллов.

Биметалл – материал, который состоит из нескольких слоёв разнородных металлов, между которыми по всей контактной поверхности существует металлическая связь, а потому биметалл обладает свойствами его составляющих, которых не имеет монометалл. Использование биметаллов обеспечивает значительную экономию дефицитных металлов. Поэтому биметаллы и многослойные материалы находят все более широкое применение в промышленности.

Горячая пластическая деформация тугоплавких и редких металлов, их сплавов, а также биметаллов в атмосфере воздуха сопровождается их интенсивным окислением и газонасыщением, что резко ухудшает многие физико-механические свойства, приводит к значительным потерям дорогостоящих материалов, вызывает необходимость применения специальных операций по удалению окисленных и газонасыщенных слоев.

Известно, что при высокотемпературной ковке молибдена с неоднократным подогревом на воздухе весовые потери металла на окисление составляют 12-15%. Высокотемпературная деформация на воздухе ниобия и тантала сопровождается потерями от 10 до 30%. Имеются и другие причины, затрудняющие горячую обработку тугоплавких металлов на воздухе.

Чтобы осуществить высокотемпературную деформацию тугоплавких и редких металлов, их сплавов, а также биметаллов, обладающих высокой реакционной способностью, и одновременно уменьшить или полностью исключить их взаимодействие с активными газами, необходимо создание специальных методов защиты при высокотемпературной обработке давлением.

Наиболее эффективный способ защиты, получающий все более широкое распространение, - применение вакуума или среды инертного газа на всех стадиях обработки - при нагреве, деформации и охлаждении.

Приоритет в создании оборудования для обработки металлов давлением в вакууме и в инертных газах, в исследовании и освоении нового метода принадлежит ученым Советского Союза.

Температуру нагрева выбирают таким образом, чтобы она была ниже самого лёгкоплавкого материала свариваемой пары, или их эвтектик, то есть соединение должно происходить в твердом состоянии.

Заготовки для получения биметаллов обычно представляют собой пакет, собранный из пластин соответствующих металлов. Для получения многослойных материалов пакет составляют из определенного количества пластин, которые на концах скрепляются заклепками или винтами, и деформируются при прокатке приблизительно одинаково. Относительно широкие пакеты скрепляют двумя заклепками на переднем конце, то есть со стороны начала прокатки. Если ожидается значительная неравномерность деформации листов, то для свободного удлинения при прокатке пластина, которая больше деформируется, делается короче. Поскольку при прокатке биметаллических пакетов обычно происходит значительный изгиб, то со стороны начала прокатки устанавливают специальные приставки. При прокатке пакетов значительных размеров с приблизительно одинаковой толщиной мягкого и твердого металлов (например, переходников сталь + титан) для ограничения расширения мягкого металла и его сдвига в сторону применяют пакеты с боковыми буртами.

Сборку пакетов ведут перед прокаткой. Соединяемые поверхности пластин зачищают металлической щеткой перед их сборкой, а заклепки обезжиривают ацетоном.

Температура прокатки должна обеспечивать соединение в твердом состоянии. Поэтому она должна быть, в крайнем случае, на 40…50ºС ниже температуры плавления наиболее легкоплавкого металла или их эвтектики. Необходимо учитывать также влияние температуры на рост зерна и диффузионные процессы.

Величина обжатия при прокатке должна быть меньше величины пластичности, определяемой относительным обжатием ΔН/Н, при котором начинается нарушение сплошности металла в данных условиях деформации (Н – начальная толщина).

Деформация на воздухе ухудшает свойства металлов и соединения. Насыщение приповерхностного слоя газами значительно уменьшает величину пластичности металла. Поэтому наиболее перспективны процессы, при которых нагрев, прокатка и охлаждение происходят в глубоком вакууме или инертных газах, что особенно важно для высокоактивных металлов.