Незважаючи на значні труднощі зварювання, конструкції з різнорідних матеріалів і сплавів у сучасній техніці виготовляють в усі більшому обсязі. Це зумовлено значними технічними та економічними перевагами, які мають конструкції з різнорідних металів і сплавів в деяких технічних спорудах (кріогенна техніка, енергетичні установки, ракетна техніка, суднобудування, радіоелектроніка).
У конструкціях або елементах конструкцій використовують різні комбінації зі сталі, міді і її сплавів, алюмінію і його сплавів, титану і його сплавів, молібдену, ніобію, танталу. Для різних пар металів застосовують зварювання плавленням і наплавку: дугову в середовищі захисних газів, що не плавиться і плавиться, плазмової струменем, толстопокритимі електродами, під шаром флюсу, електронно-променеву, лазерну.
Для більшості зварювальних пар різнорідних металів або сплавів характерні істотні відмінності в температурі плавлення, густини, коефіцієнтах теплофізичних властивостей, особливо, в коефіцієнтах лінійного розширення. Відрізняються також і кристалографічні характеристики - тип решітки та її параметри.
Для таких металів, як титан, ніобій, тантал, молібден додаткові труднощі виникають у зв'язку з тим, що при нагріванні ці метали активно взаємодіють з газами атмосфери. При поглинанні газів різко погіршуються властивості зварних з'єднань. У більшості випадків при обмеженою взаємної розчинності для основних комбінацій зварюються надзвичайно важко уникнути утворення стійких интерметаллических фаз, що володіють високою твердістю і крихкістю.
З'єднання стали з алюмінієм і його сплавами.
Процес утруднений физикохимическими властивостями алюмінію. Виконується в основному аргонодуговая зварювання вольфрамовим електродом. Підготовка сталевої деталі під зварювання передбачає для стикового з'єднання двосторонній скіс кромок з кутом 70 °, так як при такому куті скосу міцність з'єднання досягає максимальної величини. Зварювані кромки ретельно очищають механічно або піскоструминним способом, або хімічним травленням, потім на них наносять активирующее покриття. Неприпустимо застосування дробоструменевого очищення, так як на поверхні металу залишаються окисних включення. Найбільш дешеве покриття - цинкове, що наноситься після механічної обробки.
Процесу гальванічного та гарячого цинкування повинні передувати знежирення деталі, промивка і сушка, травлення в розчині сірчаної кислоти з наступним промиванням і сушінням. При гарячого цинкування, перед опусканням деталі в цинкову ванну, що має температуру 470. 520 ° С, необхідно флюсування деталі в насиченому розчині флюсу. Найпростіший флюс складається з двох компонентів: 50% КF + 50% КСl. Абсолютно неприпустимо нанесення цинкового або алюмінієвого покриття електродугової металізацією, так як при цьому частки покриття встигають окислюватися і задовільно зварити алюміній зі сталлю не вдається.
При гальванічному нанесенні покриття шар цинку повинен досягати 30. 40 мкм, при гарячого цинкування - 60. 90 мкм. В останньому випадку значно полегшується процес нанесення шарів алюмінію, особливо на дрібних деталях. Для сталей аустенітних (12Х18Н9Т і т.п.) алитирование можливо після механічного очищення без застосування флюсу. Оптимальні (по міцності з'єднання) режим алітірованія - температура алюмінієвої ванни 750. 800 ° С. Час витримки при алітуванню - до 5 хвилин в залежності від розмірів деталі. Можливо також алитирование сталевих деталей з застосуванням струмів високої частоти.
Особливістю зварювання алюмінію зі сталлю, в порівнянні зі звичайним процесом аргонодугового зварювання алюмінієвих сплавів, є розташування дуги; на початку наплавлення першого шва - на присадний прутки, а в процес зварювання - на присадний прутки і утворюється валику, так як при тривалому впливі теплоти дуги на поверхню стали відбувається передчасне вигорання покриття, що перешкоджає подальшому процесу зварювання.
Після появи початкової частини валика дугу потрібно запалювати знову (після перерви) на алюмінієвому валу. При зварюванні в стик дугу ведуть по кромці алюмінієвої деталі, а присадку - по кромці сталевої деталі, таким чином, що рідкий алюміній натекает на поверхню стали, оцинкованої або алітірованной.
Залежно від типу з'єднання при зварюванні необхідно дотримуватися последователь¬ность накладення валиків шва, що забезпечує необхідне перекриття. Чергування валиків з лицьової і зворотної сторони запобігає перегріванню сталевої деталі і прежде¬временное вигоряння цинку з її поверхні.
Важливе значення має правильний вибір швидкості зварювання, так як вона визначає час взаємодії рідкого алюмінію зі сталлю, тобто визначає товщину і стабільність інтерметаллідним прошарку. Для перших шарів швидкість зварювання менше, ніж для наступних, коли сталь досить розігріта.
З'єднання стали з міддю і її сплавами.
У рівноважному стані при кімнатній температурі мідь розчиняється в а - Ре в кількості до 0,3%, а залізо в міді в кількості до 0,2%. Тендітних интерметаллидов не утворюється. У зв'язку з великими швидкостями охолодження при зварюванні в перехідному шарі утворюється пересичений твердий розчин міді з залізом, але при вмісті до 2. 2,5% Ре структурно вільне залізо не виявляється. Кордон оплавлення між сталлю і міддю - різка, з включеннями фази збагаченої залізом різного розміру З боку стали, що примикає до шву, розмір зерна увелі¬чівается в межах зони шириною 1,5. 2,5 мм. Мікротвердість зони змісту досягає 58. 62 МПа.
Погіршує взаємну розчинність заліза і міді наявність в сталі вуглецю, а покращує - марганець і кремній. Марганець знижує критичну точку А3 і розширює область а-твердого розчину, в якому мідь розчиняється в значно більшій кількості, а кремній розкислює зварювальну ванну і зміцнює зерна твердого розчину.
Труднощі при зварюванні і наплавленні міді на сталь пов'язані з її фізико-хімічними властивостями, високою спорідненістю міді до кисню, низькою температурою плавлення міді значним поглинанням рідкої міддю газів, різними величинами коефіцієнтів теплопровідності, лінійного розширення і т.д.
Одним з основних можливих дефектів при зварюванні слід вважати освіту в стали подслоя міді, тріщин заповнених міддю або її сплавами. Зазначене явище об'¬ясняют розклинюючим дією рідкої міді проникаючої в мікронадриви в стали по межах зерен при одночасній дії термічних напружень розтягу.
У вуглецевих і низьколегованих сталях тріщин мало і розміри їх невеликі, а в сталях, що мають аустенитную структуру, кількість і розміри тріщин різко зростають. Для аустенітних сталей ефективним бар'єром для згаданих тріщин є введення феритної фази. При утриманні фериту понад 30% в хромонікелевої аустенітної стали не спостерігається проникнення міді в сталь. Це пояснюється тим, що феррит не змочується міддю і проникнення міді в мікронадриви не відбувається.
Мідь, латунь і бронза успішно зварюються зі сталлю усіма способами зварювання плавленням на тих же режимах що і сталеві деталі відповідних перетинів, але дугу зі стику кілька зміщують в сторону міді або її сплавів.
Для з'єднань міді і її сплавів зі сталлю рекомендується застосовувати аргонодугове зварювання вольфрамовим електродом, а для наплавлення кольорових металів на сталь - наплавку плазмової струменем з токоведущей присадочной дротом. При зварюванні забезпечується равнопрочность зварного з'єднання (по кольоровому металу) при дії статичного навантаження. Зварні з'єднання мають так само високу міцність від утоми.
З'єднання стали з титаном.
Однією з основних завдань при зварюванні титану зі сталями є вибір таких зварювальних матеріалів, методів і режимів зварювання, при яких запобігати б, або різко придушувалися, освіту тендітних інтерметалевих фаз FеТi і Fе2Тi.
Безпосередня зварювання титану зі сталлю не дає позитивних результатів. Практичне застосування знаходить зварювання в аргоні вольфрамовим електродом і зварювання че¬рез проміжні вставки. Хороші результати отримані при використанні комбінованої вставки, що складається з технічного танталу і при термообробці бронзи.
Бронза зварюється з вуглецевої або аустенітної сталлю аргонодугового зварюванням неплавким електродом, а тантал з титаном - в камерах з контрольованою атмосферою.
З'єднання алюмінію і його сплавів з міддю.
Крім значної різниці фізико-хімічних властивостей алюмінію і міді зварювання цих металів утруднена освітою тендітної інтерметаллідним фази.
Зазвичай зварювання виконують вольфрамовим електродом в аргоні і по шару флюсу. Для поліпшення процесу зварювання на мідь після її очищення необхідно наносити шар покриття, який активує поверхню більш тугоплавкого металу, покращує змочуваність поверхні мели, алюмінію. Найкращим є цинкове покриття товщиною 50. 60 мкм, що наноситься гальванічним методом. Технологія зварювання алюмінію з міддю така ж, як і алюмінію зі сталлю, тобто дугу зміщують на більш теплопровідний метал, в даному випадку на мідь, на 0,5. 0,6 товщини зварюваного металу.
Для забезпечення стабільної міцності зварних з'єднань по зварюваної кромки міді необхідний скіс під кутом 45. 60 °.
З'єднання титану з міддю і її сплавами.
Сварка утруднена великим розходженням властивостей в освіті тендітних интерметаллидов. Найбільш успішна зварювання плавленням при використанні проміжних вставок з спеціально виплавлених сплавів титану, легованого молібденом, ніобієм, які знижують температуру перетворення а -. і забезпечує отримання однорідної титанового сплаву зі стабільною структурою, не дуже відрізняється від структури міді. Можна використовувати комбіновані вставки зі сплавів Ti + 30% Nb.