Металлические сплавы

3. Металлические сплавы

Точка плавления металла, с которым вы работаете, может варьироваться в зависимости от природы используемого материала (железо, сталь, алюминий, магний и т.д.), а также сплава металла. Большинство современных металлов не являются чистыми, зачастую это сплавы различных металлов, что позволяет обеспечивать необходимые характеристики материала. Медь, свинец и железо являются основными чистыми металлами, которые использовались человеком для изготовления инструментов и других предметов на протяжении тысячелетий.

2.3. Сварочный пост этой хорошо подготовленной мастерской содержит большое количество необходимого оборудования, начиная с большого сварочного аппарата для дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа слева (с охлаждающим блоком в верхней части) до мощной установки для резки плазмой, установки для кислородно-ацетиленовой резки, нагрева и сварки, а также две небольшие установки для резки плазмой. На иллюстрации не показаны два сварочных аппарата для дуговой сварки плавящимся электродом в среде инертного газа.

2.4. Как только вы начнете серьезно заниматься сваркой, вам придется налаживать новые знакомства. В частности, очень полезно найти поблизости базу, где вы сможете приобретать металл (алюминий, медь или латунь). Квалифицированные специалисты в данной области могут быть очень полезны.

Смешивание различных металлов может привести к созданию нового металла с совершенно другими свойствами. Медь, смешанная с цинком, называется латунью, которая будет достаточно прочной, дешевой и больше подходит для обработки и литья. Медь в соединении с оловом дает бронзу, подобный сплав люди научились получать примерно 2000 лет назад и использовали его для изготовления оружия. Серебро и золото, драгоценные металлы, очень редко используются в природной форме, так как они достаточно мягкие, по сравнению с другими металлами.

При изготовлении сплавов с другими металлами, серебро и золото могут использоваться, например, в ювелирном деле, для изготовления монет и т.д. Чистое золото составляет 24 карата, в то время как в золоте 12 карат на самом деле содержится только 12 частей золота, а остальные 12 частей - другие металлы. То есть, чем больше карат в изделии, тем больше в нем содержание золота. Использование других металлов делает золото более дешевым и прочным. Если кольца и другие украшения изготавливаются из чистого 24-каратного золота, они будут слишком мягкими и не прослужат долго.

Большая часть металлов, с которыми вы будете работать при сварке, может быть разделена на два вида: черные и цветные. Первые включают сплавы, содержащие железо - чаще всего сталь. Наиболее распространенным цветным металлом считается алюминий. Сталь и алюминий могут вести себя по-разному в процессе сварки в зависимости от состава сплава. Изменяя состав стали или сплава алюминия, можно добиться различных свойств, можно сделать сплав более пластичным (способность к деформации без повреждений), ковким (возможность обработки при помощи давления), уменьшить сопротивление растяжению металла (возможность вытягивать металл при помощи молотка) или сделать сплав более прочным. Сталь изготавливается из очищенного железа в сочетании с углеродом и другими элементами. В зависимости от того, сколько углерода содержится в сплаве, будут определяться характеристики стали. В большинстве случаев можно использовать сталь с достаточно низким содержанием углерода, так называемую малоуглеродистую сталь. При увеличении содержания углерода мы получим среднеуглеродистую сталь (которая используется для изготовления валов и осей), высокоуглеродистая сталь используется для изготовления автомобильных и промышленных пружин, а быстрорежущие стали (разновидность высокоуглеродистой инструментальной стали – прим. ред.) чаще всего используют для изготовления напильников и других остроконечных инструментов для резки. Малоуглеродистая сталь используется чаще всего при любом типе сварки, описываемом в данной книге, в то время как при сварке высокоуглеродистой стали необходимо соблюдать особые требования. Другими металлами, которые часто используются в сплавах со сталью, является марганец, вольфрам, никель или хром. Последние два в сплавах со сталью образуют нержавеющую сталь, являющуюся довольно полезным сплавом, однако при сварке техника будет слегка отличаться.

2.5. Цветные металлы такие, как алюминий, чаще всего имеют пометку с обозначением состава сплава и термостойкости, например, как показано на иллюстрации, на листе металла 6061-Т6. Если вам нужен специальный металл для проекта, рекомендуется приобрести новый лист металла, а не использовать остатки, так как на небольших кусках металла пометки относительно состава и термостойкости не будут видны.

2.6. Сварщик Билл изготовил данный веломобиль самостоятельно из тонкостенной трубы хромомолибденового сплава, который является очень прочным и при этом легким. Билл хотел уменьшить массу веломобиля, сопротивление ветру и усилие, которое необходимо прикладывать к педалям. Билл соединил тонкостенные трубки посредством дуговой сварки вольфрамовым электродом.

Если вы хоть немного знакомы с конструкцией гоночных автомобилей или самолетов, вы наверняка слышали о хроммолибденовой стали 4130, которая часто используется при конструировании в данных областях благодаря своей прочности. Четырехзначный код указывает на содержание молибдена и количество углерода в сплаве. Данный сплав содержит больше углерода, чем малоуглеродистая сталь, а также хром и молибден, эти металлы оптимизируют антикоррозийные свойства, прочность и твердость сплава. Хотя содержание углерода в данном сплаве выше, чем в малоуглеродистой стали, на самом деле данный сплав содержит 0,3% углерода, что показывает, насколько тонкой наукой является создание сплавов. Даже незначительное изменение состава может серьезно повлиять на характеристики полученного сплава.

При изготовлении стали и алюминиевых сплавов используются не только различные составы, но и различные режимы термической обработки. В наиболее общих чертах, термическая обработка - это процедура нагрева металла до определенной температуры с последующим охлаждением, быстро или медленно, в масле или без него. Термическая обработка может повлиять на прочность и другие характеристики металла. При покупке нового алюминиевого сплава в листах или трубах, на нем обычно нанесены метки относительно состава сплава и термостойкости, например, 3003-Т3 - это листовой сплав алюминия средней прочности, который обычно используется при изготовлении кузова гоночных автомобилей, где материал должен быть прочным и в то же время пластичным, чтобы его можно было варить и обрабатывать молотком. С другой стороны, есть сплав алюминия 7075-Т6, который обладает повышенной прочностью и твердостью. Данный сплав в простонародье называется «авиационным алюминием» или «авиаль» и используется там, где необходимы сверхпрочные металлы. Будучи прочным и твердым, данный сплав не деформируется. Существуют целые тома научной литературы относительно сплавов и термической обработки, однако, если вы собираетесь применять сварку только в бытовых целях, вам необходимо выяснить только тип сплава, который вы варите, а также обратиться к специалистам за рекомендациями относительно наиболее подходящего материала. В общем, чем выше содержание углерода в стали и чем выше термостойкость алюминиевого сплава, тем прочнее будет сплав, однако, при этом, тем труднее он будет поддаваться обработке, при этом более твердые сплавы металлов будут более хрупкими.

Если вы решили приобрести сварочный аппарат, желательно посоветоваться с сотрудниками местного специализированного магазина, так как они могут вам помочь при выборе и настройке вашего аппарата. Они также могут посоветовать, где можно приобрести материалы для сварочных работ. В большинстве магазинов по продаже материалов для сварки вы можете приобрести «остатки» листов металла, небольшие листы или короткие отрезки труб, при этом их стоимость будет ниже, чем у целых листов или труб.

2.7. В большинстве магазинов представлено оборудование нескольких производителей, все средства индивидуальной защиты и даже небольшие сварочные аппараты для использования в бытовых условиях.

2.8. Представитель специализированного магазина по продаже сварочных аппаратов может подсказать вам, где лучше приобретать материалы для сварочных работ, которые вы в последствии будете использовать. В большинстве подобных магазинов есть специальные отделы, где вы можете приобрести «остатки» материалов, в виде небольших листов или отрезков труб.

Используйте все остатки материалов для выполнения пробных швов, когда будете пробовать различные виды сварки, пока швы не будут выходить идеально. Вы можете даже выполнять небольшие проекты, например, сварить тележку при помощи короткого отрезка трубы или железного уголка.