Соединение разнородных материалов
Несмотря на значительные трудности сварки, конструкции из разнородных материалов и сплавов в современной технике изготовляют во все большем объеме. Это обусловлено значительными техническими и экономическими преимуществами, которые имеют конструкции из разнородных металлов и сплавов в некоторых технических сооружениях (криогенная техника, энергетические установки, ракетная техника, судостроение, радиоэлектроника).
В конструкциях либо элементах конструкций используют различные комбинации из стали, меди и ее сплавов, алюминия и его сплавов, титана и его сплавов, молибдена, ниобия, тантала. Для различных пар металлов применяют сварку плавлением и наплавку: дуговую в среде защитных газов неплавящимся и плавящимся электродом, плазменной струёй, толстопокрытыми электродами, под слоем флюса, электронно-лучевую, лазерную.
Для большинства свариваемых пар разнородных металлов или сплавов характерны существенные различия в температуре плавления, плотности, коэффициентах теплофизических свойств, особенно, в коэффициентах линейного расширения. Отличаются также и кристаллографические характеристики - тип решетки и ее параметры.
Для таких металлов, как титан, ниобий, тантал, молибден дополнительные трудности возникают в связи с тем, что при нагреве эти металлы активно взаимодействуют с газами атмосферы. При поглощении газов резко ухудшаются свойства сварных соединений. В большинстве случаев при ограниченной взаимной растворимости для основных комбинаций свариваемых металлов чрезвычайно трудно избежать образования стойких интерметаллических фаз, обладающих высокой твердостью и хрупкостью.

Соединение стали с алюминием и его сплавами.
Процесс затруднен физикохимическими 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. Свариваемые кромки тщательно очищают механически или пескоструйным способом, или химическим травлением, затем на 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, травление в растворе серной кислоты с последующей промывкой и 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% КF + 50% КСl. Совершенно недопустимо нанесение цинкового или алюминиевого покрытия электродуговой металлизацией, 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 аустенитных (12Х18Н9Т и т.п.) алитирование возможно после механической очистки без применения флюса. Оптимальны (по прочности соединения) режим алитирования - температура алюминиевой ванны 750...800 °С. Время выдержки при алитировании - до 5 минут в зависимости от размеров детали. Возможно также алитирование стальных деталей с применением токов высокой частоты.
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 процесс сварки - на присадочном прутке и образующемся валике, так как при длительном воздействии теплоты дуги на поверхность стали происходит преждевременное выгорание покрытия, что препятствует дальнейшему процессу сварки.
После появления начальной 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.
В зависимости от типа соединения при сварке необходимо соблюдать последователь¬ность наложения валиков шва, обеспечивающую необходимое перекрытие. Чередование валиков с лицевой и обратной стороны предотвращает перегрев стальной детали и прежде¬временное выгорание цинка с ее поверхности.
Важное значение имеет правильный выбор скорости сварки, так как она определяет время взаимодействия жидкого алюминия со сталью, т.е. определяет толщину и стабильность интерметаллидной прослойки. Для первых слоев скорость сварки меньше, чем для последующих, когда сталь достаточно разогрета.

Соединение стали с медью и ее сплавами.
В равновесном состоянии при комнатной температуре медь растворяется в а - Ре в количестве до 0,3%, а железо в меди в количестве до 0,2%. Хрупких интерметаллидов 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% Ре структурно свободное железо не обнаруживается. Граница оплавления между сталью и медью - резкая, с включениями фазы обогащенной железом различного размера Со стороны стали, примыкающей ко шву, размер зерна увели¬чивается в пределах зоны шириной 1,5... 2,5 мм. Микротвердость зоны оглавления достигает 58... 62 МПа.
Ухудшает взаимную растворимость железа и меди наличие в стали углерода, а улучшает - марганец и кремний. Марганец снижает критическую точку А3 и расширяет область а-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-химическим свойствами, высоким сродством меди к кислороду, низкой температурой плавления меди значительным поглощением жидкой медью газов, различными величинами коэффициентов теплопроводности, линейного расширения и т.д.
Одним из основных возможных дефектов при сварке следует считать образование в стали подслоя меди, трещин заполненных медью или ее сплавами. Указанное явление объ¬ясняют расклинивающим действием жидкой меди проникающей в микронадрывы в стали по границам зерен при одновременном действии термических напряжений растяжения.
В углеродистых и низколегированных сталях трещин мало и размеры их невелики, а в сталях, имеющие аустенитную структуру, количество и размеры трещин резко возрастают. Для аустенитных сталей эффективным барьером для упомянутых трещин является введение ферритной фазы. При содержании феррита свыше 30% в хромоникелевой аустенитной стали не наблюдается проникновение меди в сталь. Это объясняется тем, что феррит не смачивается медью и проникновение меди в микронадрывы не происходит.
Медь, латунь и бронза успешно свариваются со сталью 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 соединений меди и ее сплавов со сталью рекомендуется применять аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом, а для наплавки цветных металлов на сталь - наплавку плазменной струёй с токоведущей присадочной проволокой. При сварке обеспечивается равнопрочность сварного соединения (по цветному металлу) при действии статической нагрузки. Сварные соединения имеют так же высокую усталостную прочность.

Соединение 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 FеТi и Fе2Тi.
Непосредственная сварка титана со сталью не дает положительных результатов. Практическое применение находит сварка в аргоне вольфрамовым электродом и сварка че¬рез промежуточные вставки. Хорошие результаты получены при использовании комбинированной вставки, состоящей из технического тантала и термообрабатываемой бронзы.
Бронза сваривается с углеродистой или аустенитной сталью аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом, а тантал с титаном - в камерах с контролируемой атмосферой.

Соединение алюминия и его сплавов с медью.
Кроме значительного различия физико-химических свойств алюминия и меди сварка этих металлов затруднена образованием хрупкой интерметаллидной 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 мели, алюминия. 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.
Для обеспечения стабильной прочности сварных соединений по свариваемой кромке меди необходим скос под углом 45 ... 60°.

Соединение титана с медью и ее сплавами.
Сварка затруднена большим различием свойств в образовании хрупких интерметаллидов. Наиболее успешна сварка плавлением при использовании промежуточных вставок из специально выплавленных сплавов титана, легированного молибденом, ниобием, которые понижают температуру превращения а - ? и обеспечивает получение однородного титанового сплава со стабильной структурой, не очень отличающейся от структуры меди. Можно использовать комбинированные вставки из сплавов Ti + 30%Nb.