Металеві сплави

3. Металеві сплави

Точка плавлення металу, з яким ви працюєте, може змінюватись в залежності від природи використовуваного матеріалу (залізо, сталь, алюміній, магній і т.д.), а також сплаву металу. Більшість сучасних металів є чистими, найчастіше це сплави різних металів, що дозволяє забезпечувати необхідні характеристики матеріалу. Мідь, свинець та залізо є основними чистими металами, які використовувалися людиною для виготовлення інструментів та інших предметів протягом тисячоліть.

2.3. Зварювальний пост цієї добре підготовленої майстерні містить велику кількість необхідного обладнання, починаючи з великого зварювального апарату для дугового зварювання вольфрамовим електродом в середовищі інертного газу зліва (з охолоджуючим блоком у верхній частині) до потужної установки для різання плазмою, установки для киснево-ацетиленового різання, плазмою. На ілюстрації не показано два зварювальні апарати для дугового зварювання електродом, що плавиться, в середовищі інертного газу.

2.4. Як тільки ви почнете серйозно займатися зварюванням, вам доведеться налагоджувати нові знайомства. Зокрема, дуже корисно знайти поблизу базу, де ви зможете купувати метал (алюміній, мідь чи латунь). Кваліфіковані фахівці в цій галузі можуть бути дуже корисними.

Змішування різних металів може призвести до створення нового металу з іншими властивостями. Мідь, змішана з цинком, називається латунню, яка буде досить міцною, дешевою та більше підходить для обробки та лиття. Мідь у поєднанні з оловом дає бронзу, подібний сплав люди навчилися отримувати приблизно 2000 років тому і використовували його для виготовлення зброї. Срібло і золото, дорогоцінні метали дуже рідко використовуються в природній формі, оскільки вони досить м'які, в порівнянні з іншими металами.

При виготовленні сплавів з іншими металами, срібло та золото можуть використовуватись, наприклад, у ювелірній справі, для виготовлення монет тощо. Чисте золото становить 24 карати, тоді як золото 12 карат насправді міститься лише 12 частин золота, інші 12 частин - інші метали. Тобто чим більше карат у виробі, тим більше в ньому вміст золота. Використання інших металів робить золото дешевшим і міцнішим. Якщо кільця та інші прикраси виготовляються із чистого 24-каратного золота, вони будуть надто м'якими і не прослужать довго.

Більшість металів, з якими ви будете працювати при зварюванні, може бути розділена на два види: чорні та кольорові. Перші включають сплави, що містять залізо – найчастіше сталь. Найбільш поширеним кольоровим металом вважається алюміній. Сталь та алюміній можуть поводитися по-різному в процесі зварювання залежно від складу сплаву. Змінюючи склад сталі або алюмінієвого сплаву, можна домогтися різних властивостей, можна зробити сплав більш пластичним (здатність до деформації без пошкоджень), ковким (можливість обробки за допомогою тиску), зменшити опір розтягуванню металу (можливість витягувати метал за допомогою молотка) або зробити сплав більш міцним. Сталь виготовляється з очищеного заліза у поєднанні з вуглецем та іншими елементами. Залежно від того, скільки вуглецю міститься в сплаві, визначатиметься характеристики сталі. У більшості випадків можна використовувати сталь із досить низьким вмістом вуглецю, так звану маловуглецеву сталь. При збільшенні вмісту вуглецю ми отримаємо середньовуглецеву сталь (яка використовується для виготовлення валів та осей), високовуглецева сталь використовується для виготовлення автомобільних та промислових пружин, а швидкорізальні сталі (різновид високовуглецевої інструментальної сталі – прим. ред.) найчастіше використовують для виготовлення напилків та інших гострих. Маловуглецева сталь використовується найчастіше при будь-якому типі зварювання, що описується в даній книзі, у той час як при зварюванні високовуглецевої сталі необхідно дотримуватися особливих вимог. Іншими металами, які часто використовуються у сплавах зі сталлю, є марганець, вольфрам, нікель або хром. Останні два в сплавах зі сталлю утворюють нержавіючу сталь, що є досить корисним сплавом, проте при зварюванні техніка трохи відрізнятиметься.

2.5. Кольорові метали, такі як алюміній, найчастіше мають позначку з позначенням складу сплаву і термостійкості, наприклад, як показано на ілюстрації, на листі металу 6061-Т6. Якщо вам потрібен спеціальний метал для проекту, рекомендується придбати новий лист металу, а не використовувати залишки, тому що на невеликих шматках металу позначки щодо складу та термостійкості не будуть видно.

2.6. Зварювальник Білл виготовив даний веломобіль самостійно з тонкостінної труби хромомолібденового сплаву, який є дуже міцним і при цьому легким. Білл хотів зменшити масу веломобіля, опір вітру та зусилля, яке необхідно прикладати до педалей. Білл з'єднав тонкостінні трубки за допомогою дугового зварювання вольфрамовим електродом.

Якщо ви хоч трохи знайомі з конструкцією гоночних автомобілів або літаків, ви напевно чули про хроммолібденову сталь 4130, яка часто використовується при конструюванні в цих областях завдяки своїй міцності. Чотиризначний код вказує на вміст молібдену та кількість вуглецю у сплаві. Даний сплав містить більше вуглецю, ніж маловуглецева сталь, а також хром та молібден, ці метали оптимізують антикорозійні властивості, міцність та твердість сплаву. Хоча вміст вуглецю в даному сплаві вищий, ніж у маловуглецевої сталі, насправді цей сплав містить 0,3% вуглецю, що показує, наскільки тонкою наукою є створення сплавів. Навіть незначна зміна складу може вплинути на характеристики отриманого сплаву.

При виготовленні сталі та алюмінієвих сплавів використовуються не лише різні склади, а й різні режими термічної обробки. У найбільш загальних рисах, термічна обробка - це процедура нагрівання металу до певної температури з подальшим охолодженням, швидко або повільно, в маслі або без нього. Термічна обробка може вплинути на міцність та інші характеристики металу. При покупці нового алюмінієвого сплаву в листах або трубах, на ньому зазвичай нанесені мітки щодо складу сплаву і термостійкості, наприклад, 3003-Т3 - це листовий сплав алюмінію середньої міцності, який зазвичай використовується при виготовленні кузова гоночних автомобілів, де матеріал повинен бути міцним і в той же час пластичним. З іншого боку, є сплав алюмінію 7075-Т6, який має підвищену міцність і твердість. Даний сплав у народі називається «авіаційним алюмінієм» або «авіаль» і використовується там, де необхідні надміцні метали. Будучи міцним та твердим, цей сплав не деформується. Існують цілі томи наукової літератури щодо сплавів та термічної обробки, проте, якщо ви збираєтеся застосовувати зварювання тільки з побутовою метою, вам необхідно з'ясувати тільки тип сплаву, який ви варите, а також звернутися до фахівців за рекомендаціями щодо найбільш відповідного матеріалу. Загалом, чим вищий вміст вуглецю в сталі і чим вище термостійкість алюмінієвого сплаву, тим міцнішим буде сплав, однак, тим важче він буде піддаватися обробці, при цьому твердіші сплави металів будуть більш крихкими.

Якщо ви вирішили придбати зварювальний апарат, бажано порадитись із співробітниками місцевого спеціалізованого магазину, оскільки вони можуть вам допомогти при виборі та налаштуванні вашого апарату. Вони також можуть порадити, де можна придбати матеріали для зварювальних робіт. У більшості магазинів з продажу матеріалів для зварювання ви можете придбати «залишки» листів металу, невеликі листи або короткі відрізки труб, при цьому їх вартість буде нижчою, ніж у цілих листів або труб.

2.7. У більшості магазинів представлено обладнання кількох виробників, усі засоби індивідуального захисту та навіть невеликі зварювальні апарати для використання в побутових умовах.

2.8. Представник спеціалізованого магазину з продажу зварювальних апаратів може підказати вам, де краще купувати матеріали для зварювальних робіт, які ви будете використовувати. У більшості подібних магазинів є спеціальні відділи, де можна придбати «залишки» матеріалів, у вигляді невеликих листів або відрізків труб.

Використовуйте всі залишки матеріалів для виконання пробних швів, коли пробуватимете різні види зварювання, поки шви не виходитимуть ідеально. Ви можете навіть виконувати невеликі проекти, наприклад зварити візок за допомогою короткого відрізка труби або залізного куточка.