Область применения и свойства

Применение цветных материалов и сплавов на их основе в народном хозяйстве непрерывно растет. Осо­бенно широкое распространение они находят в совре­менной энергетике, авиастроении, ракетной, атомной технике и химическом машиностроении в качестве кон­
струкционного материала. Наряду с давно применяемыми металлами, как медь, алюминий и их сплавы, все больше находят применение такие металлы (и сплавы на их ос­нове) как титан, цирконий, гафний, ниобий, тантал, молибден и др.

Области применения отдельных цветных металлов и сплавов на их основе очень разнообразны. Медь и ее сплавы используют в промышленности для изготовления трубопроводов самого различного назначения, емкостей различных сосудов и холодильной технике и т. п.; алю­миний и его сплавы — для выполнения различных ем­костей в химической и пищевой промышленности. Сплавы алюминия применяют также при изготовлении ракет, самолетов, судов, вагонов и т. п. Это обусловлено их малой плотностью, сравнительно высокой прочностью, коррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред и высокими механическими свойствами при низких темпе­ратурах.

Сплавы титана находят все большее применение как конструкционные материалы в самолетостроении, хими­ческом машиностроении, судостроении, ракетной технике и атомной энергетике. В этих отраслях промышленности используют тантал, ниобий, гафний, цирконий, а молиб­ден — в высокотемпературных камерах горения, ракет­ной технике и т. д. Физико-механические свойства неко­торых цветных металлов приведены в табл. 66.

Отдельные свойства цветных металлов и их сплавов заметно затрудняют процесс сварки плавлением.

1. Они обладают большим сродством к кислороду и некоторые из них, например алюминий, титан, исполь­зуют в металлургии и сварочной практике в качестве раскислителей.

2. Из табл. 66 видно, что ряд металлов имеют оксиды более тугоплавкие, чем сам металл, что приводит к засо­рению металла шва этими оксидами, а в тех случаях, когда температура оксидов ниже температуры плавления ме­талла, могут возникнуть легкоплавкие эвтектики, при­водящие к кристаллизационным трещинам.

3. Такие металлы, как медь, алюминий, магний обла­дают высокой теплопроводностью, что способствует быст­рому охлаждению места сварки и требует более мощных источников теплоты при сварке, а в ряде случаев пред­варительного, а часто и сопутствующего нагрева дета­лей.

4. При нагреве до опре­деленных температур медь, алюминий, магний легко разрушаются от ударов, либо сварочная ванна провали­вается под действием собст­венного веса, что часто вы­нуждает применять подклад­ки и различные формующие устройства при их сварке.

5. Все цветные металлы при нагреве растворяют газы окружающей среды атмосфе­ры и появляющихся в пла­вильной зоне от сварочных материалов и химически взаимодействуют с ними.

Наибольшее сродство к газам проявляют тугоплавкие химически более активные металлы: титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден. Насыщение металлов кисло­родом, азотом, водородом может резко ухудшить их свойства.

Особенности цветных ме­таллов должны быть учтены при разборке технологиче­ского процесса их сварки. Медь, никель, алюминий, магний и сплавы на их основе успешно сваривают дуговой сваркой покрытыми электро­дами, угольным и металли­ческим электродом с при­менением флюса, в среде инертных газов, защитных га­зов с использованием непла - вящегося (вольфрамного) и плавящегося электрода.

Пригодность методов свар­ки для группы тугоплавких химически активных метал­
лов резко ограничена необходимостью тщательной защи­ты зоны сварки и мест нагреваемых титана и циркония до температуры выше 400—500 °С, а ниобия и тантала — до 200—300 °С от вредного действия окружающего возду­ха. Поэтому в данном случае используется дуговая сварка в инертных газах с дополнительной защитой зоны свар­ки с помощью системы насадок, укрепленных на горелке. Защита обратной стороны шва осуществляется через не­подвижную подкладку, укрепленную на свариваемом из­делии, либо подвижную, перемещаемую вспомогательным рабочим.