Разнородные металлы

Сварка пакета из металлов с различными химическими и физическими свойствами вызывает ряд трудностей, связанных с различием в электропроводности, температурах плавления, склонности к образованию хрупких структур и различием пластических свойств и пр. Все это влияет на размеры литого ядра, на его расположение относительно плоскости разъема листов, приводит к образованию дефектов в литом ядре и околошовной зоне.

Используя различные технологические приемы, регулирующие отвод теплоты, применяя рациональные режимы, можно получить соединение необходимого качества. Однако это не всегда удается при резком отличии физических свойств свариваемых материалов.

При точечной сварке литое ядро образуется в замкнутом объеме, поэтому изменение его свойств за счет взаимодействия с атмосферой исключено. Согласно современным представлениям при сварке разнородных металлов литое ядро образуется в результате интенсивного перемешивания металла конвекционными потоками, возникающими в результате совместного действия магнитного поля сварочного тока и усилия сжатия. Возможна также и диффузия отдельных элементов из околошовной зоны в литое ядро. Все это приводит к образованию металла нового химического состава. Следы перемешивания можно обнаружить в первой стадии расплавления металла. В дальнейшем происходит выравнивание состава ядра.

При сварке металлов с различными свойствами литое ядро смещается в сторону детали с меньшими электротеплопроводностью и температурой плавления. Трудности могут возрасти, если деталь с повышенной электротеплопроводностью имеет еще и меньшую толщину. В таких случаях симметричное расположение литого ядра можно получить, регулируя теплоотвод способами, применяемыми при сварке деталей неодинаковой толщины. Для увеличения теплоотвода в деталь из металла с меньшей электропроводностью с ее стороны следует устанавливать электроды с большой массой, более развитой контактной поверхностью и интенсивной системой охлаждения, изготовленные из электродных сплавов с лучшей проводимостью.

Однако хорошая свариваемость разнородных металлов не всегда возможна, особенно при резком отличии физических свойств. Характерным примером ограниченной свариваемости разнородных металлов является точечная сварка стали с алюминием. Свариваемость этих металлов при их взаимной ограниченной растворимости зависит от образования хрупких интерметаллидных фаз железа с алюминием. Разрушающее усилие при срезе таких образцов значительно ниже, чем при сварке основных металлов между собой. При применении оцинкованных сварных листов прочность соединения существенно возрастает, так как легирование расплавленного алюминия цинком изменяет условия образования хрупких фаз в зоне сварки.

Улучшить свариваемость разнородных металлов в некоторых случаях помогает введение в контакт между деталью и электродами стальных прокладок (экранов), служащих дополнительным источником теплоты и одновременно уменьшающих его отвод в электроды. Примером таких соединений в автомобилестроении может быть сварка плоских пружин из стали 65Г с низкоуглеродистой сталью вместо клепки (рис. 10). На режимах средней жесткости удается получить вполне удовлетворительные соединения, используя прокладку (отход от вырубки отверстия) между электродом и пружиной. С другой стороны, роль этой прокладки выполняет деталь. Применение двусторонних тепловых экранов в данном случае снижает скорость охлаждения и уменьшает степень закалки пружины.


Рис. 10. Точечная сварка пружинной стали с тепловым экраном:
1 — остающаяся прокладка (тепловой экран); 2 — плоская пружина; 3 — основная деталь

Даже с применением тепловых экранов наибольшая твердость в зоне термического влияния достигает HRC 60 при твердости закаленной пружины HRC 42—46. В литом ядре твердость снижается до HRC 50—54 за счет уменьшения содержания углерода в результате перемешивания с низкоуглеродистой сталью. В литом ядре возможны небольшие дефекты в виде усадочных рыхлот или даже небольшие трещины, не снижающие качества. Испытания на усталость при знакопеременных нагрузках этих соединений дали хорошие результаты. Этому способствовали также конструктивные особенности такого соединения. В процессе работы ослабленное место пружины (околошовная зона, имеющая повышенную твердость) разгружено накладкой теплового экрана, и максимальный изгибающий момент перенесен на ее конец.

Получены удовлетворительные по качеству соединения при точечной сварке ковкого чугуна со сталью, несмотря на большую разницу в температурах плавления и удельном электросопротивлении. Точечная сварка пакета из двух листов разных толщин: сталь—чугун [толщиной (0,3—1) + 5 мм] обеспечивает наилучшие результаты при применении ковкого чугуна, отожженного на феррит. Худшие результаты получены при сварке обычного серого чугуна, в котором- графит присутствует в пластинчатой форме. В таком соединении слабое место — переходная зона, которая имеет хрупкую ледебуритную структуру. В ковком чугуне, отожженном на феррит, образуется значительное количество феррита, который придает переходной зоне вязкость и стойкость к образованию трещин. Сварку выполняют на относительно жестких режимах. Для лучшего отвода теплоты со стороны чугуна применяют электрод с большой контактной поверхностью.