СВАРКА РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

СОЕДИНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ ДАВЛЕНИЕМ (ХОЛОДНАЯ СВАРКА)

Холодная сварка осуществляется при комнатной темпе­ратуре без нагрева внешними источниками тепла; очистка и выравнивание свариваемых поверхностей, а также созда­ние на них активных центров достигаются при этом за счет пластической деформации. Название «холодная сварка» при­менимо только к металлам и сплавам, температура рекри­сталлизации которых выше комнатной.

Вопросы сварки давлением детально изложены в моно­графии [11].

На процесс соединения однородных и разнородных ме­таллов влияют ряд факторов: чистота соединяемых поверх­ностей, пластичность металла, температура, давление, время и изменение состояния металлов.

Необходимым условием получения хорошего соединения является достаточная чистота соединяемых поверхностей. Тонкие и прочные поверхностные пленки, подобные пленкам окислов и адсорбированных газов, препятствуют диффузии и мешают осуществлению сварки давлением. Наибольшее препятствие холодной сварке оказывают различные адсор­бированные пленки, особенно пленки органических поверх­ностно-активных веществ, содержащихся в жирах и маслах. Тончайшие пленки этих веществ могут полностью предот­вратить схватывание, так как при пластической деформа­ции поверхностно-активные вещества распространяются на вновь образовавшиеся участки чистых поверхностей даже в зоне больших давлений. Масляные пленки могут перехо­дить уже в самом процессе очистки загрязненной металли­ческой щеткой, или же переноситься с одного участка за­чищаемой поверхности на другой, уже зачищенной. Менее опасными являются окисные пленки, которые при пласти­ческом деформировании, необходимом для соединения, либо выдавливаются из зоны соединения, либо, в силу своей хрупкости, разобщаются на отдельные небольшие участки. Эти незначительные на первый взгляд детали процесса под­готовки поверхностей часто служат причиной неудач при применении холодной сварки.

Существует несколько технологических вариантов хо­лодной сварки, отличающихся схемой пластической дефор­мации. Холодная сварка разнородных металлов (при де­формировании нормальными силами) применяется, в част­ности, для армирования алюминиевых проводов медными наконечниками.

Схватывание в ходе совместной пластической деформации используется в технологическом процессе получения двух - и многослойного проката. Ленты из свариваемых ма­териалов пропускают через зачистную машину непрерывно­го действия. Затем ленты попадают в стан, в котором сов­местно прокатываются вхолодную с обжатием до 65%. Такая деформация достаточна для образования прочных уз­лов схватывания, допускающих сматывание многослойной ленты в рулоны. Последующий печной нагрев обеспечивает получение прочной композитной ленты. Известны следую­щие материалы, из которых освоено изготовление композит­ной ленты; никель — низкоуглеродистая сталь — никель, алюминий — железо — алюминий, медь — алюминий —• медь, серебро — бронза —* серебро, серебро — латунь — серебро и др.

При помощи холодной сварки может быть соединено большинство металлов и сплавов, а также и разнородных металлов, в частности, сталь с алюминием, В случае сварки

разнородных металлов степень деформирования со стороны мягкого металла увеличивается во столько раз, во сколько ниже его твердость. При таком соотношении хорошо свари­вается медь с алюминием. Были получены также соедине­ния алюминия с никелем. Величины необходимых пласти­ческих деформаций для холодной сварки некоторых пар разнородных металлов по данным С, Б. Айнбиндера [11] приведены в табл. 2.

При сварке разнородных металлов может не благо­приятно сказываться их взаимное смещение в зоне соеди­нения, вызываемое неодинаковой деформацией. Это под­твердилось при сварке холодной прокаткой меди с алюмини­ем. Если заготовки перед прокаткой соединяли по контуру, устраняя возможность взаимного сдвига, то необходи­мая степень обжатия равнялась 48%. Без жесткого закреп­ления степень обжатия составляла 42%. При особо благо­приятных условиях для взаимного сдвига (прокатка накле-

панной меди с отожженным алюминием) это значение снизилось до 28%.

На основании систематических опытов по трению в ра­боте [9] отмечается, что одним из главных критериев оценки склонности к схватыванию разноименных материалов яв­ляется их взаимная растворимость с одновременным обра­зованием химических соединений. При этом важным явля­ется и кристаллическое строение металла.

Возможность получения прочного соединения при хо­лодной сварке существенно зависит от склонности образуе­мых ими узлов схватывания к хрупкому разрушению. Как правило, сварка высокопластичного металла (например, алюминия) с менее пластичным (железом, никелем) осуще­ствляется даже легче, чем сварка последних в одноименных парах. Это можно объяснить релаксацией остаточных на­пряжений при снятии внешней нагрузки за счет относитель­но легкой пластической деформации алюминия.

Холодная сварка давлением ряда разнородных сочета­ний металлов, в том числе нержавеющей стали Х18Н10Т со сплавом АМгб, была проведена А. Ф. Гриценко и др. [33]. Проведенные эксперименты показали практическую возможность соединения указанных разнородных металлов способом холодной сварки, при котором соединение метал­лов осуществляется путем высокой пластической деформа­ции, в результате чего с соединяемых поверхностей пленка окислов удаляется в грат и создаются хорошие условия для сцепления соединяемых металлов. Разрушение соединений происходило, как правило, по основному металлу сплава АМгб, прочностные показатели характеризовались высокой стабильностью и малым разбросом (временное сопротивле­ние составляло 29,9—30,2 • 10~7 Н/м2).