Сталь с алюминием, медью, титаном и их сплавами

Сварка стали с алюминием и его сплавами. Процесс затруднен физико-химическими свойствами алюминия. Выполняется в основ­ном аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом. Подготовка стальной детали под сварку предусматривает для стыкового соединения двусторонний скос кромок с углом 70°, так как при таком угле скоса прочность соединения достигает максимальной величины (см. рис. 170, б). Свариваемые кромки тщательно очищают механически или пескоструйным способом, или хими­ческим травлением, затем па них наносят активирующее покры­тие. Недопустимо применение дробеструйной очистки, так как на поверхности металла остаются окисные включения. Наиболее дешевое покрытие — цинковое, наносимое после механической обработки.

Процессу гальванического и горячего цинкования должны предшествовать обезжиривание детали, промывка и сушка, трав­
ление в растворе серной кислоты с последующей промывкой II суш­кой. При горячем цинковании, перед опусканием детали в цин­ковую ванну, имеющую температуру 470—520° С, необходимо флюсование детали в насыщенном растворе флюса. Простейший флюс состоит из двух компонентов: 50% KF +50% КС1. Совер­шенно недопустимо нанесение цинкового или алюминиевого покры­тия по методу шоопирования, так как при этом частицы покры­тия успевают окислиться и удовлетворительно сварить алюминий со сталью не удается.

При гальваническом нанесении покрытия слой цинка должен достигать 30—40 мкм, при горячем цинковании 60—90 мкм. В последнем случае значительно облегчается процесс нанесения слоев алюминия, особенно на мелких деталях. Для сталей аусте- иитных (12Х18Н9Т и т. п.) алитировапие возможно после меха­нической очистки без применения флюса. Оптимальный (по прочности соединения) режим алитирования — температура алю­миниевой ванны 750—800° С. Время выдержки при алитирова — пии — до 5 мин в зависимости от размеров детали. Возможно также алитирование стальных деталей с применением токов вы­сокой частоты.

Технология сварки предусматривает использование стандарт­ных сварочных установок типа УДГ-300 с применением лантани — рованных вольфрамовых электродов диаметром 2—5 мм и аргона

1- го и 2-го сортов по ГОСТ 10157—73.

Особенностью сварки алюминия со сталью по сравнению с обычным процессом аргонодуговой сварки алюминиевых спла­вов является расположение дуги; в начале наплавки первого шва — на присадочном прутке, а в процессе сварки — на приса­дочном прутке и образующемся валике (рис. 171, а), так как

Рис. 171. Техника аргонодуговой наплавки алюминия на сталь:

а — ведение дуги при аргонодуговой наплавке; б — то же, при сварке встык, е — д —■ последовательность наложения валиков в зависимости от типа соединения

при длительном воздействий теплоты дуги па поверхность СТІІЛП происходит преждевременное выгорание покрытия, ЧТО ИрфІІІІТ ствует дальнейшему процессу сварки. После появления начали ной части валика дугу нужно зажигать вновь (после перерыва) на алюминиевом валике. При сварке встык дугу ведут по кромке алюминиевой детали, а присадку — по кромке стальной детали таким образом, что жидкий алюминий натекает на поверхность стали, покрытой цинком или алитированной (рис. 171, б).

При толщине свариваемого металла до 3 мм сила сварочною тока 110—130 А, при толщине стали 6—8 мм 130—160 А, при толщине 9—10 мм 180—200 А; только в этом случае обеспечива­ется достаточный разогрев деталей и образование необходимой соединительной прослойки.

В качестве присадочного материала применяется проволока марки АД1 (чистый алюминий с небольшой присадкой кремния, благоприятно влияющего па формирование стабильного качества диффузионной прослойки). Присадку из сплава АМгб применять не следует, так как в этом случае в формировании пнтерметаллид — ного слоя принимает участие магний, снижающий прочность соединения. По-видимому, наличие атомов магния вместо атомов алюминия в кристаллической решетке одной из фаз обсуловлпваст наличие слабых связей — магний практически нерастворим в же­лезе. Магний резко ускоряет рост прослойки из хрупких интер — металлидов, интенсифицирует развитие процессов реактивной диффузии.

В зависимости от типа соединения при сварке необходимо соблюдать последовательность наложения валиков шва, показан­ную на рис. 171, в, г и д, обеспечивающую необходимое пере­крытие. Чередование валиков с лицевой и обратной стороны пре­дотвращает перегрев стальной детали и преждевременное выгора­ние цинка с ее поверхности.

Важное значение имеет правильный выбор скорости сварки, так как она определяет время взаимодействия жидкого алюминия со сталыо, т. е. определяет толщину и стабильность интерметал — лидной прослойки (см. рис. 170, в). Для первых слоев скорость сварки назначают в интервале 7—10 м/ч, для последующих (когда сталь достаточно разогрета) в пределах 12—15 м/ч. При рас­смотренных условиях сварки статическая прочность соединения при разрыве соответствует прочности технического алюминия (10 кгс/мм2).

Повысить прочность соединения можно увеличением рабочего сечения шва либо применением комбинированных покрытий. Получающиеся сварные соединения пригодны для восприятия статической нагрузки и имеют высокую усталостную прочность при действии знакопеременной изгибающей нагрузки (рис. 172). Предел выносливости образцов при базе 107 циклов равен 5— 6 кгс/мм2, т. е. на уровне, обычном для сплава АМгб. Разруше­ние образцов, как правило, происходит на сплаве АМгб у внеш-

Рнс. 172. Результаты усталостных испытаний сварных соединений из сплава АМгб и стали

иего концентратора. Только при высоких напряжениях отдель­ные образцы разрушаются по шву. Сварные соединения имеют также высокую плотность при гидравлических, пневматических и вакуумных испытаниях, а также высокие коррозионные свойства в морской воде при наличии на их поверхности лакокрасочных покрытий.

Применение комбинированных покрытий стали — медно-цин­кового и никель-цинкового повышает прочностные свойства свар­ного соединения. В этом случае наносят слой меди или никеля толщиной 4—5 мкм и второй слой цинка толщиной 30—40 мкм. Соединительная прослойка интерметаллидов сложного состава получается несколько меньшей толщины и твердости. Статиче­ская прочность сварного соединения (при наличии усиления шва)

14— 22,3 кгс/мм2.

При сварке высоколегированной стали типа 18-8 с алюминием, если на стали имеется только цинковое покрытие толщиной 50 мкм, достигается прочность соединения 21,3—28,7 кгс/мм2. Если же по подслою цинка толщиной 25—30 мкм производят алптироваиие по указанной ранее технологии, достигается проч­ность соединения 29,5—32,8 кгс/мм2.

Процесс аргонодуговой сварки алюминия и его сплавов со сталью может быть легко механизирован.

Сварка стали с медью и ее сплавами. В равновесном состоя­нии при комнатной температуре медь растворяется в а — Fe в количестве до 0/6%, а железо в меди в количестве до 0,2%.

Хрупких иитерметаллидов не образуется. В связи с большими скоростями охлаждения при сварке в переходном слое обра­зуется пересыщенный твердый раствор меди с железом, но при содержании до 2—2,5% Ге структурно-свободное железо не обна­руживается. Граница сплавления между сталыо и медью — рез­кая, с включениями фазы, обогащенной железом различного размера. Со стороны стали, примыкающей ко шву, размер зерна увеличивается в пределах зоны шириной 1,5—2,5 мм. Микро — твердость зоны сплавления достигает 580—620 кгс/мм2.

Ухудшает взаимную растворимость железа и меди наличие в стали углерода, а улучшает марганец и кремний. Марганец снижает критическую точку А3 и расширяет область «-твердого раствора, в котором медь растворяется в значительно большем количестве, а кремний раскисляет сварочную ванну и упрочняет зерна твердого раствора.

Затруднения при сварке и наплавке меди на сталь связаны с ее физико-химическими свойствами, высоким сродством меди к кислороду, низкой температурой плавления меди, значительным поглощением жидкой медыо газов, различными величинами коэф­фициентов теплопроводности, линейного расширения и т. д. Одним из основных возможных дефектов при сварке следует считать образование в стали под слоем меди трещин, заполнен­ных медыо пли ее сплавами (рис. 173, а). Указанное явление объясняют расклинивающим действием жидкой меди, проникаю­щей в микронадрывы в стали по границам зерен при одновремен­ном действии термических напряжений растяжения.

Бр. ЛМц9…2

Рис. 173. Наплавка меди на сталь:

1 — наплавка плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой и двойной независимой дугой; II — наплавка расплавлением облицовки (вольфра­мовым электродом); III — автоматическая наплавка ленточным электродом под флюсом; IV — наплавка лежачим электродом под слоем флюса; V — наплавка покрытым электродом типа «’Комсомолец»; VI — автоматическая наплавна элект­родной проволокой под флюсом

V-

Сталь

а)

В углеродистых и низколегированных сталях (СтЗ, 10ХСНД и т. п.) трещин мало и размеры их невелики, а в сталях, имею­щих аустенитную структуру, в частности типа 18-8, количество и размеры трещин резко возрастают. Для сталей типа 18-8 эффек­тивным барьером для упомянутых трещин является введение ферритной фазы. При содержании феррита свыше 30% в стали типа 18-8 проникновение меди в сталь не наблюдается; это объяс­няется тем, что феррит не смачивается медью и проникновения меди в микронадрывы не происходит.

Для уменьшения опасности образования указанных трещин рекомендуется вести сварку на минимальной погонной энергии, в качестве присадочного металла применять никелевый сплав МНЖ 5-1 или бронзу БрАМц 9—2. Наличие никеля и алюминия снижает активность воздействия жидкого металла в микронад­рывах на стали, что уменьшает опасность образования глубоких трещин в стали.

Медь, латунь и бронза успешно свариваются со сталыо всеми способами сварки плавлением на тех же режимах, что и стальные детали соответствующих сечений, но дугу со стыка несколько смещают в сторону меди или ее сплавов.

Для сварки меди, бронз БрАМц 9—2, БрКМц 3—1, латуни Л90 со сталями типа СтЗси; Ст4сп; 10; 09Г2 применяют: а) для ручной сварки — электроды с покрытием типа «Комсомолец»; б) для сварки под флюсом — флюсы ОСЦ-45, АН-26 и др. и проволоку марки Ml, М2 и БрКМц 3—1 и др.; в) для сварки в среде инертных защит­ных газов — проволоки марок БрКМц 3—1, БрАМц 9—2, МНЖ 5-1. В ряде случаев необходим предварительный подогрев изделия.

Сплав МНЖ 5-1 сваривается с углеродистыми и низколеги­рованными сталями электродами со стержнем из сплава МНЖ 5-1 с покрытием ЗТ, а при сварке под флюсом ОСЦ-45 или в защит­ных газах — электродной проволокой марки МНЖ 5-1.

При сварке обеспечивается равнопрочность сварного соеди­нения (по цветному металлу) при действии статической нагрузки. Сварные соединения обладают удовлетворительной пластич­ностью. Так, для соединения меди МЗр или сплава МНЖ 5-1 со сталью Ст4сп при ручной сварке угол изгиба составляет 40— 85е, а при аргонодуговой 110—180°.

Более высокое качество сварных соединений при аргоно­дуговой сварке сплавами МНЖ 5-1 объясняется тем, что в этом случае в металле шва содержание железа не превышает 8—10%, а при ручной сварке достигает 50—55%.

На рис. 173, б показано содержание железа в наплавленном металле при различных способах наплавки. Оптимальные усло­вия наплавки меди па сталь требуют, чтобы не было расплавле­ния стали, чтобы она хорошо смачивалась (для этого ее темпера­тура превышала 1100° С) и длительность контактирования меди со сталью при этой температуре была бы не менее 0,01—0,015 с.

Для соединения меди и ее сплавов со сталью рекомендуется применять аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом, а для наплавки цветных металлов на сталь — наплавку плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой. Сварные соеди­нения имеют достаточно высокую усталостную прочность.

Сварка стали с титаном. Одной из основных задач при сварке титана со сталями является выбор таких сварочных материалов, методов и режимов сварки, при которых предотвращалось бы или резко подавлялось образование хрупких интерметалличе­ских фаз ГеТі и Fe2Ti.

Непосредственная сварка титана со сталью не дает положи­тельных результатов. Практическое применение находит сварка в аргоне вольфрамовым электродом и сварка через промежуточ­ные вставки. Хорошие результаты получены при использовании комбинированной вставки, состоящей из технического тантала (с,, = 70 кгс/мм2) и термообрабатываемой бронзы БрБ2 (см. табл. ИЗ).

Бронза сваривается с углеродистой или аустепптной сталью аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом, а тантал с титаном — в камерах с контролируемой атмосферой. Предел прочности соединения по бронзе 49 кгс/мм2, при закалке бронзы 60,5 кгс/мм2 (закалка до сварки).

Комбинированные вставки из бронзы БрБ2 и ниобия исполь­зуют для аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом в ка­мере с контролируемой атмосферой титана ОТ4-1 толщиной 0,8 и 2 мм. Прочность соединения при толщине 0,8 мм ств = = 53 — г-66 кгс/мм2, угол изгиба 72—180°; при толщине 2 мм ав = = 40-к45 кгс/мм2, угол изгиба 41—61°.

Разнородные цветные металлы и сплавы

Сварка алюминия и его сплавов с медью. Кроме значительного различия физико-химических свойств алюминия и меди, сварка этих металлов затруднена образованием хрупкой интерметал — лидной фазы.

Обычно сварку выполняют вольфрамовым электродом в аргоне и по слою флюса. Для улучшения процесса сварки на медь после ее очистки необходимо наносить слой покрытия, который акти­вирует поверхность более тугоплавкого металла, улучшает сма­чиваемость поверхности меди алюминием. Наилучшим является цинковое покрытие толщиной 50—60 мкм, наносимое гальвани­ческим методом. Технология сварки алюминия с медью такая же, как и алюминия со сталью, т. е. дугу смещают на более тепло­проводный металл, в данном случае на медь, на 0,5—0,6 толщины свариваемого металла (табл. 115).

Прочность соединения равна прочности технического алюми­ния (8—10 кгс/мм2), удельное электросопротивление шва несколько выше (0,037 Ом-мм2/м), чем у алюминия (0,0313 Ом-мм2/м). Свар­ные соединения не меняют спою прочность при длительном на­греве до температуры 150° С. При более высоком нагреве проч­ность соединения падает в связи с резким увеличением слоя хруп ки х иптермета л л идов.

Таблица 115. Рекомендуемые режимы сварки алюминия с медью

Сил pita

Тол­

щина

метал­

ла,

мм

Сила тока. А

Напряжение, В

Скорость свар­ки, м/ч

Смещение элект­рода от стыка на медь, мм

Диаметр, мм

Расход аргона, л/ми п

Число слоев

электрода

присадочной

проволоки

Аргоігодуговая

3

1(50—180

14—15

10—12

1.5—2

4

2

7—8

2

вольфрамовым

6

270—290

15—16

7—8

3—4

5

2,5

8—10

2

электродом

8

320—330

16—18

6—7

4—5

6

3

10—12

2

Автоматическая но

10

380—400

38—40

21.5

5—0

2,5

_

_

1

слою флюса АП А1

12

390—410

39—42

21.5

6—7

2,5

1

На границе соединения со стороны меди образуется про­слойка интерметаллидоп (СиАЦ) толщиной 3—10 мкм, со сто­роны алюминия полоска твердого раствора меди в алюминии такого же размера. Микротвердость прослойки иптерметаллидов, примыкающих к меди, достигает 450—550 кгс/мм2. Наличие этой зоны обусловливает относительно низкую прочность соединения. Если толщина интерметаллидной прослойки меньше 1 мкм, она не влияет на прочность соединения.

Прочность соединения, так же как и в сталеалюминиевых соединениях, повышается при легировании металла шва крем­нием (4—5%) и цинком (б—8%), так как эти элементы подавляют рост интерметаллидной прослойки.

Для обеспечения стабильной прочности сварных соединений по свариваемой кромке меди необходим скос под углом 45—60° (рис. 174, а). При сварке меди Ml с аллюминием марки А5 по слою стандартного флюса, применяемого для сварки алюминия (АН-А1) при толщине металла до 20 мм, используют проволоку марки АД1 диаметром 2,5 мм (см. табл. 115). При сварке электрод необ­ходимо смещать от скоса на 5—7 миг в сторону меди. При сварке по слою флюса прочность сварного соединения равна 7—8 кгс/мм2, электропроводпость сохраняется на уровне электропроводности алюминия.

Сварка алюминиевого сплава с титаном ОТ4. Обычно приме­няют аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом, перед которой кромки титана очищают от a-слоя и загрязнений и али — тируют в чистом алюминии при температуре алюминия 800— 830° С в течение 1—3 мин. В этом случае период образования

t

Рис. 174 Сварка алюминия с медью и титаном:

a) b)

а — прочность соединения алюминия с медыо в зависимости от разделки медной кромки: 1 — V-образпая; 2 — К-образная: б — подготовка кромок титана для сварки его с алюминиевым сплавом

соединения между алюминием и титаном меньше, чем период ретардации (см. рис. 168), и хрупкие иптерметаллиды по линии соединения но успевают образоваться.

Кромки предварительно разделывают согласно рис. 174, б. До сварки на алитированные кромки наплавляют слой чистого алюминия (5—8 мм) с использованием проволоки марки АВОО диаметром 5—8 мм. Соединение сваривают обычным методом, как алюминиевый сплав. Предел прочности сварного соединения сплавов ОТ4 + АМгб зависит от слоя алюминия и составляет

11— 27 кгс/мм2, угол изгиба 17—30°.

Сварка титана с медыо и ее сплавами. Сварка затруднена большим различием свойств и образованием хрупких интерметал­лидов (см. табл. 114). Наиболее успешна сварка плавлением при использовании промежуточных вставок из специально выплавлен­ных сплавов титана, легированного молибденом, ниобием или титаном, которые понижают температуру превращения a (3 и обеспечивают получение однородного титанового сплава со ста­бильной структурой, не очень отличающейся от структуры меди. Можно использовать комбинированные вставки из сплавов Ті + + 30% NL и сплавов ВТ15.

Эти сплавы при сварке с медью М3 обеспечивают предел проч­ности соединения 22—22,5 кгс/мм2 и угол изгиба 140—180°, а при сварке с бронзой 26—28 кгс/мм2 и угол изгиба 100—160°. В прослойке по линии соединения твердость достигает 470— 480 кгс/мм2 при твердости бронзы БрХ 0,8 120 кгс/мм2.

Сварка ниобия, тантала и молибдена со сталью п сплавами цветных металлов. Принципиальная возможность сварки ниобия, тантала и молибдена со сталями и цветными сплавами частично показана выше, так как эти металлы используют в качестве про­межуточных вставок при сварке титана со сталью, алюминием и медью.

Тантал и ниобий по свойствам близки к титану и при сварке с ним образуют твердые растворы без хрупких соединений. Нио­бий также удовлетворительно сваривается с медью и медными сплавами, с которыми образует ограниченные растворы. Тантал с медью растворов и соединений не образует. Обычно применяют бериллиевую бронзу БрБ2. Сварку выполняют вольфрамовым электродом в среде инертных защитных газов, часто в камерах с контролируемой атмосферой и электронным лучом.

Сварка биметаллов. В настоящее время известно применение биметаллических заготовок из углеродистой и коррозионно — стойкой стали с алюминиевыми сплавами, из стали и медпо-нике — левого сплава МІІЖ 5-1, из стали 12Х18ІІ9Т и титанового сплава ОТ4, ОТ4-1 для сварки разнородных металлов.

В биметаллическом прокате из углеродистой и низколегиро­ванной стали и алюминиевых сплавов АМгЗ и АМгб соотношение толщин в пакете 1 : 1 и 1,5 : 1. Алюминиевый сплав соединяется со сталью при прокате по подслою из чистого алюминия. Предел прочности биметалла на срез 7—9 кгс/мм2 и па отрыв 10—15 кгс/мм2.

На рис. 175 показаны рекомендуемые варианты различных соединений с применением биметалла. Прочность сварного сое­динения в большой степени зависит от прочности сцеплепия слоев биметалла и, следовательно, от площади биметаллической вставки. Однако неконструктивность узлов соединения и отсутствие средств контроля качества сцепления слоев биметалла часто приводят к тому, что соединения этого тина не обладают вакуумной плот — ностью.

Для предотвращения появления хрупких интерметаллидов внутри биметалла при нагреве в процессе сварки необходимо строго выдержать режим сварки. Для биметалла толщиной 10— 12 мм рекомендуется следующий режим: со стороны алюминие­вого сплава аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом на режиме / — 140-ь 160 A, Un = 14-ь 18 В, vCB — Щ = 6-ь7м/ч; со стороны стали сварка в С02 на режиме § /= 100-ь130 A, Un = 18-ь20 В, vCB = 17-ь20 м/ч.

X

Рпс. 175. Варианты сварных соединений при использовании вста­вок из проката биметалла

Наиболее вероятно образование хрупких интерметаллидов в биметалле СтЗсп, 12X18II9T и сплава АМгб при нагреве линии соединения выше температуры 450° С. При нагреве до темпера­туры 550° С и выше биметалл расслаивается. Рекомендуется сварку начинать со стороны алюминия и после охлаждения всего узла — со стороны стали.

Металлы с неметаллами

Современное развитие радиоэлектроники и других отраслей тех­ники потребовало разработки достаточно эффективных методов соединения не только разнородных металлов, но и металлов с неметаллами. В качестве неметаллических материалов известно использование стекла (на котором монтируются полупроводни­ковые системы), керамики, графита.

Используемая в технике керамика в своей основе имеет либо чистый окисел алюминия, и тогда она пригодна для работ при температурах 1000° С и выше, либо наряду с окислом алюминия имеет стеклофазу и в этом случае эксплуатационная температура не превышает 500—600° С. Известно также применение метал­локерамического порошка состава 96% Fe, 3% Си, 1% С с порис­тостью 15—20%, который используют для изготовления шарнир­ных втулок крышки багажника автомобиля «Москвич-412». Эти втулки сваривают с кронштейнами из стали 20.

Углеграфитовые материалы используют в качестве электро­дов, нагревателей, торцовых уплотнителей. В зависимости от условий эксплуатации к соединению углеграфитовых материалов с металлами предъявляются требования достаточной прочности (по углеграфитовому элементу), герметичности, малого электро­сопротивления в зоне контакта, в ряде случаев повышенной коррозионной стойкости. Диэлектрики в электронных микросхе­мах служат в качестве подложки, на которую в вакууме наплав­ляют тонкие металлические пленки, к которым затем присоеди­няют металлические проводники. В качестве диэлектриков исполь­зуют ситаллы различных марок: фотоситаллы, кварцевое стекло, стекла С41, на которые в вакууме напыляются медные пленки толщиной 4000—4500 А по адгезионному подслою хрома или титана толщиной 500 А.

В некоторых устройствах круглое мерное стекло необходимо соединить с металлической трубчатой частью из коррозионно — стойкой стали. Это удается сделать через переходник из ковара, который может быть соединен сваркой со стеклом. В ряде конст­рукций регуляторов для защиты графита от коррозионных раз­рушений на его поверхность наплавляют слой коррозионно-стой­кого циркония.

Выбор методов сварки неметаллических материалов с метал­лами зависит от размеров деталей, физических особенностей материала и т. п. Так, например, различные металлические выводы, присоединяемые к диэлектрикам, имеющим на своей поверхности топкую металлическую пленку, или к полупроводниковым кристал­лам, используемым в микроэлектронике, наиболее часто свари­вают контактной, термокопрессионной или ультразвуковой свар­кой, заменившей пайку.

Микросварку давлением осуществляют при температурах, при которых образуется эвтектика соединяемых пар—металла про­водника и металлической пленки диэлектрика. Соединение воз­никает за счет межатомных сил связи на тех участках, где вслед­ствие выдавливания эвтектики образовался контакт ювениль­ных поверхностей, либо па участке кристаллизации эвтектики. Однако эти способы сварки сильно деформируют проводник в зоне сварки, сцижают механическую прочность соединения и дают соединение с высоким переходным сопротивлением. Поэтому в настоящее время для этих целей успешно применяют сварку плавлением, используя луч лазера.

Цирконий с графитом соединяют по методу аргоиодуговой наплавки вольфрамовым электродом. При этом способе на графите образуется промежуточный слой толщиной до 2,5 мм, пропитан­ный цирконием и содержащий образовавшиеся карбиды. На поверх­ности этого слоя располагается чистый цирконий, имеющий струк­туру литого металла, который образует плотную коррозионно — стойкую поверхность на графите.

При сварке плавлением металлических проводников с метал­лической пленкой, имеющейся на диэлектрической подложке, растворение подслоя пленки не уменьшает прочности контакта. Исследователи этого процесса предполагают, что при сварке плавлением в переходном слое образуются химические соедине­ния металла со стеклом, которые обладают высокой проч­ностью.

Сварку лучом лазера медных проводников диаметром 50 мкм с медной пленкой толщиной 4000—4500 А на адгезионном под­слое хрома толщиной 500 А выполняли на лазерных установках СУ-1 и УЛ-2. Образцы сваривали внахлестку (рис. 176, а). Раз­рушающее усилие при срезе в зависимости от материала под­ложки колебалось в пределах 10—15 гс с разрушением подложки из стекла С41 и до 56 гс подложки из кварца. Такая разница в прочности объясняется тем, что при использовании петермо — стойкого стекла С41 в подложке образовались трещины с глуби­ной залегания 45—50 мкм, по которым и происходило разрушение. В термостойкой — кварцевой подложке трещин не наблюдалось. На термостойком стекле СО-21 получены такие же разрушения, как и на кварцевой подложке.

Известно применение сварки электронным лучом для сое­динения керамики на основе окиси алюминия с трубчатыми дета­лями из стали 12Х18Н10Т. Детали собирали согласно схеме на рис. 176, б. Керамическая втулка 1 длиной 15 мм наружным диа­метром 10 мм и внутренним 4 мм служит основой для соединения
металлических деталей 2 а 3, собираемых с зазором 0,3—1 мм; толщина ^стенки в месте сварки 0,5 мм.

ССмкм

Сварка электронным лучом 1 ">=*■ в 2 V

Подложка

Рис. 176. Соединения металлов с неметаллами:

а — соединение медного проводника диаметром 50 мкм с медной фольгой и поперечное сечение соединения; б — сборка керамических (J) и стальных (2, 3) труб­чатых элементов под сварку электронным лучом; в — соединение мсталлокерамической втулки (1) со сталью (2): г — соединение наплавленного слоя цир­кония с графитом: 1 — графит; 2 — цирконий;

3 — пленка карбида циркония

Сварку выполняли по следующей технологии; после нагрева узла до температуры 1200° С (со скоростью 40—60° С/мин) и выдержки 4—5 мил сваривали один из швов при выключенном нагревателе, в связи с чем температура к концу сварки падала до 30—40° С. Затем вновь узел подогревали до температуры 1200° С и сваривали второй шов. Для получения стабильного процесса сварки луч смещали от кромки в сторону металлической детали на 1,5—2 мм. Сваренные по такой технологии узлы выдерживали длительное внутреннее давление до 10 кгс/см2, гидравлические удары до 40 кгс/см2, обеспечивали вакуумную плотность до 10~8 мм рт. ст., сохраняли работоспособность при контакте с агрессивной средой до 120 суток.

Металлокерамические втулки автомобильного багажника (96% Fe; 3% Си и 1%С) сваривали с кронштейнами из стали 20 угло­вым швом по схеме на рис. 176, в. Втулку с наружным диаметром 20 мм толщиной стенки 5 мм сваривали со сталью толщиной 3 мм. Из-за низкой теплопроводности металлокерамики она растворяется быстрее, в связи с чем сварочную ванну смещают на статьную деталь и делают швы возможно большего размера (5 мм). Сварку ведут в углекислом газе проволокой Св-08Г2С диаметром 1,2 мм. Прочность и вибростойкость соединения обеспечивается при заданном числе циклов нагружения (свыше 8 • 105 циклов).

Схема соединения наплавленного слоя циркония с графитом показана на рис. 176, г. При наплавке вольфрамовым электродом в среде аргона с подачей присадочной проволоки диаметром 3 мм производительность процесса составляет 5,5—6 кг/ч (/ = 400 -4- 450 A; U — 27 33 В) при ширине наплавленного

слоя 15—20 мм п толщине 4—5,5 мм. Соединение характери­зуется тем, что на поверхности графита 1 образуется промежу­точный слой 3 плотной пленки карбида циркония толщиной 0,02—0,04 мм, на которой и располагается однородный слой циркония 2, имеющего структуру литого металла.

Наплавка циркония при подаче защитного газа через соило горелки вызывает загрязнение циркония азотом и кислородом (1,18% Ог; 1,35% N2) с образованием пластинчатой структуры a-фазы, обладающей высокой твердостью и затрудняющей обра­ботку наплавленного слоя. При наплавке в камере с контролируе­мой средой металл получается значительно чище (0,126% 02; 0,01 % N2), с образованием структуры a-фазы и большим количеством мелких игольчатых включений, но без крупных пластинчатых включений а’-фазы. Наплавленный по этому варианту металл не затрудняет механическую обработку.