Главная Классификация процессов сварки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [ 21 ] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 в него и в металл шва 1-3% Zr, подавляющего отрицательное влияние кислорода [6]. 2. Сплавы, применяемые в состоянии после упрочняюией термической обработки (закалка и старение). Перед сваркой основной металл подвергают закалке или отжигу, а после сварки закалке и старению. К этой группе относят сплавы с а + Р-структурой. Основным критерием выбора режимов и технологии сварки а -\- Р-сплавов также служит интервал Ауопт- Однако его назначают не только ради получения максимальных пластических свойств соединений после сварки, а также чтобы обеспечить благоприятные условия правки до полной термообработки. В противном случае из-за низкой пластичности шва и околошовной зоны после сварки изделия перед правкой приходится подвергать отжигу или закалке в зависимости от состава сплавов. Выбор интервала Ауонт должен быть обоснован также и с точки зрения требуемой прочности, пластичности и ряда специальных свойств соединений после окончательной термической обработки. При высоком содержании Р-стабилизаторов в сплаве интервал Аупт следует выбирать так, чтобы химическая и физическая неоднородность сварных швов и околошовной зоны была минимальна. Здесь имеются в виду внутрикристаллическая неоднородность в металле шва при кристаллизации, рост зерна в шве и околошовной зоне, обогащение пограничных областей зерен, субзерен и фрагментов легирующими элементами и другие процессы, приводящие к резкому снижению дисперсности продуктов старения, т. е. выделений а-фазы и интерметаллических соединений. Кроме того, для получения по возможности равномерных механических свойств во всех участках сварного соединения необходимо ограничивать подстаривание основного металла в процессе сварки в участке зоны термического влияния, который нагревается до температур интенсивного старения. Обычно эти требования выполняются в условиях сварки при очень жестких режимах. На рис. 17 сплавы са -f Р-структурой разделены на две группы в зависимости от количества Р-фазы. Сварные соединения сплавов группы с малым и средним количеством остаточной Р-фазы [ВТ6, ВТ14 (Б), ВТ14 (А), ВТ14] характеризуются резким снижением пластических свойств в широком интервале средних скоростей охлаждения вследствие неблагоприятного соотношения а-, со- и Р-фаз (рис. 17, группа ). Ширина этого интервала зависит от количества р-стабилизаторов. Вне этого интервала пластичность несколько повышается: при малых скоростях охлаждения - вследствие снижения количества Р-фазы, а при высоких скоростях, наоборот, за счет ее увеличения. Для правки изделий из этих сплавов после сварки необходим отжиг на а-фазу. После закалки и старения пластичность соединений практически не возрастает. К сплавам второй группы (рис. 17, группа /), отнесены высоколегированные а + Р-сплавы с высоким содержанием Р-фазы (ВТ16) или со структурой мета-стабильной Р-фазы (ВТ15). Высокое содержание Р-фазы в околошовной зоне и шве обеспечивает высокую пластичность сварных соединений этих сплавов непосредственно после сварки в условиях средних и жестких режимов. Благодаря этому они легко подвергаются правке. У более легированного сплава ВТ15 АУопт значительно более широкий, чем у сплава ВТ16. Вне интервала АУопт (при малых скоростях охлаждения) пластичность падает из-за появления а- иа-фаз. Резкое снижение пластичности сварных соединений этих сплавов (особенно ВТ15) после старения связано с химической неоднородностью структуры. Рекомендуемые значения АУопт ДЛЯ различных сплавов титана приведены в табл. 3, а сравнительные данные о сопротивляемости их образованию холодных трещин - в табл. 4. Критерии выбора технологии и режимов сварки металлов и сплавов, не имеющих полиморфных превращений. К группе материалов Сез полиморфизма следует отнести аустенитные сплавы на железохромоникелевой или никельхро-мистой основах, сохраняющие при комнатной температуре структуру у-твер-дого раствора, сплавы тугоплавких металлов, алюминиевые сплавы, Р-сплавы титана и т. д. 3. Оптимальный интервал скоростей охлаждения при сварке по данным изменения структуры и свойств сплавов титана в околошовной зоне (метод ИМЕТ-1) Тип сплава (состав, %) Оптимальный интервал скоростей охлаждения опт С/с По каким свойствам выбран (Ф и б%, ф°) Технический титан То же BT1-0 Ti - 3,7А1 BT5-1 BT5 (поковка) Ti - ЗА1 Ti - ЗМп Ti -3W Ti - 2,2А1 - 2,5Zr (0,13-0,1502) Ti - 2,2А1 - 2,5Zr (0,18-0,202) Ti - 2,2A1 - 2,5Zr (0,38-0,402) Ti - 4A1 - IV - 4Sn - 8Zr Ti -4,3A1 -0,7 Fe Ti 5Л1 - 1,9V - 0,55Fe Ti - 4,4A1 - 0,9Mo - ICr Ti - 4,5A1 - 0,7Cr - 0,6Mo Ti - ЗА! - 6Sn - 2Mn - 3Zr OT4 (B) 0T4 (B) OT4 (A) OT4 (Б) 0T4 (Б) 0T4-1 OT4-I OT4-2 AT3H AT3H AT3C AT3C AT3B AT4H AT4C AT4B AT8H ИРМ-2 ИРМ-2 Ti - 5.8A1 - 2,4V Ti - 5,8A1 - 1,3V - l,7Nb Ti - 5,85A1 - 2,2V - l,4Zr Ti - 4,15A1 - 1,3V Ti -4,55A1- 2,7V BT6C Ti - 5A1 - 4V - 2Mo - l,5Cr Xi - 6A1 - 2V - 2Mo - 2Sn - 2Zr Ti - 6A1 - 2V - 2Mo - 8Zr Ti - 6A1 - 4V - 2Sn BT6 ВТ 14 BT14 10-100 4-150 3-400 1-500 4-500 5-50 1-600 1-200 1-70 7-25 7-50 15-150 10-200 10-150 i-10 20-200 10-150 20-100 1-50 8-20 7-70 1-200 2,5-400 9-60 3-200 18-100 12-150 15-60 25-60 10-300 8-150 1.5-350 2-100 2-300 5-120 20-75 1-600 20-120 12-350 10-400 6-150 3-50 4-100 1-40 6-150 100-600 1-20 2 10 i-5 2-40 2-15 300-600 Пластические свойства = 7; ф == 30 + 48 > 20; ф > 80 > 30 > 25 > 25; > 20; > 20; > 20; Ф > 60 Ф > 80 ф > 60 , Ф > 60 Пластические свойства = 18-1-20; ф= 30 4-50 Пластические свойства = 15-Ь 18 > 20 > 17; ф > 28; ф > 70 б > 15; a5 > 23; ф > 110 б > 12; ф > 18; ф > 48 б > 17; ф > 18; ф > 37 б > 16; ф > 20; ф > 47 б > 14; ф > 15; Ф > 43 б > 8; ф > 18; ф > 40 б > 10; lb > 25; ф > 25 б > 15; ф > 16; ф > 26 ф > 23; ф > 80 ф > 20; ф > 60 1) > 30; ф > 80 ф > 23; ф > 70 ф > 20; ф > 60 ф > 23; ф > 70 ф > 20; ф > 60 ф > 20; ф > 60 Пластические свойства ф= 18-f- 19; ф = 30 > 23 > 20 >27; > 25; >23; > 23; > 23; ф > 22; ф ;> 0D Пластические ф= 15 \1 > 30; . . ф > 60 > 16; > 15; > 18; >21; ф > 28; i > 18; б > 17; б > 15; б > 12- Ф > 120 Ф > 80 ф > 60 ф > 80 ф > 80 Ф > 55 lecKHe свойства 17; ф = 50-55 ф > 80 б > 12; ф > 21; б > 12; ф > 20; б > 25; ф > 30 б > 15; ф > 20; ф > 30 Ф > 33 Ф > 26 Ф > 57 Ф > 39 > zo; ip > б\} > 15; ф > 20; ф > 60 Пластические свойства б > 10; ф > 8; ф > 23 Пластические свойства б > 8; ф > 10; ф > 18 Пластические свойства ф > 10; ф > 18 ф > 20 ф > 20; ф > 30 а)> 15; ф > 30 низкие; низкие; низкие; низкие; низкие; низкие; низкие; низкие; б п/р. Ольшанского, т. 1 Продолжение табл. 3 Тип сплава (состав, %) ВТИМ ВТ14М ВТ16 ВТ22 ВТ15 ВТ15 Оптимальный интервал скоростей охлаждения Допт °С/с 1-8 400-600 60-600 100-600 6-600 1-600 8-200 10-150 По каким свойствам выбран (ф и б%, ф ) \Ь > 13; ф > 30 ф > 10; ф > 30 1) > 30; ф > 90 б > 10; ф > 45; > 5 кгс-м/см2 (после термообработки пластические свойства выравниваются) > 30 > 20 > 12; ф > 14 Пластические свойства низкие; Пластические свойства низкие Основные задачи при выборе технологии и режимов сварки таких сплавов: предупреждение высокотемпературного межкристаллитного разрушения сварных швов и околошовной зоны (горячих трещин); обеспечение заданного уровня прочности и пластичности металла шва и зоны термического влияния при отрицательных, комнатной или повышенных температурах; получение заданных характеристик длительной прочности, ползучести и коррозионной стойкости в условиях эксплуатации [1, 2, 4, 5]. Как правило, все эти материалы стремятся сваривать в условиях жестких режимов. Одно из наиболее надежных средств предотвращения образования горячих трещин при сварке - повышение качества свариваемого металла: ограничение содержания кремния, бора, фосфора, серы и других примесей в аустенитной стали и никелевых сплавах [1,2], а также примесей внедрения в сплавах тугоплавких металлов. При сварке сплавов из тугоплавких металлов, как и при сварке сплавов титана и циркония, предусматривают эффективные меры защиты металла сварных соединений от насыщения примесями: струйную защиту инертными газами, сварку в камерах с контролируемой атмосферой, электронно-лучевую сварку. Важное условие предупреждения горячих трещин - выбор соответствующего присадочного материала. При сварке аустенитных сплавов стремятся получить наплавленный металл, имеющий в своем составе вторую фазу в виде мелкодисперсных включений феррита, карбидов ниобия, термодинамически устойчивых нитридов типа TIN, тугоплавких оксидов. Легирование сварных швов аустенитной стали и никелевых сплавов большими количествами молибдена, вольфрама, тантала, при которых подавляется процесс высокотемпературного разрушения, эффективно только при условии жесткого ограничения содержания в сварочной ванне кремния, фосфора, серы, легкоплавких примесей и газов. Положительные результаты дает рафинирование металла сварочной ванны или модифицирование структуры шва с помощью галоидных или высокоосновных флюсов - шлаков [1,2]. Присадочные материалы для сварки сплавов алюминия доллсны содержать легирующие элементы, уменьшающие интервал кристаллизации и повышающие температуру затвердевания сплавов. Это достигается регулированием количества и распределения легкоплавкой эвтектики и введением в металл шва элементов, образующих с компонентами эвтектики более тугоплавкие перитектики [1, 3]. Окончательный выбор и корректирование состава присадочного материала производят по результатам технологических сварочных проб на горячие трещины, 3 > о. со & S cf о ь а Е 81 т. * о. са ю л ; со !М то то то t с с 7 и ТГ\ \ ХХ ii iii iiiiiiiioiiiiii = § я щ о s к a< * я о о S S о a ооо г- г л ЛЛ ЛЛЛ 2 2 2 со г ю oj о со о о о 1Л , i i 1~ ., ос01л Дто то ot ооо о cs co то ОС im -г об сс ос 2i2s > о оо с ооо оо о !>) оо со * с * R О 5 О 5 n S n 5 cc cc я S я S l%p Й Й о д о и 050 о я о я X о X о iqooo со я и S к S со j э я э я §§§§ 00000 я к 3 4 >> я о, 5 m Ь я 11 ег а afr я о ш УН о X £ а< 5 о а н к п ш ая о ш Е- m О я X а \о X ° га а I Р о я Ч и С О го оо ю о; 22 t>3 - о о 00 го -.~ с<1 го то (>, Ojl ~ с5 с5(М~ ГО1М- - - (МГОГО 00 о о 2J§ - то ; I I оооо г- о о 00 (м I I I CD (N f-, I I оооо I *0 lO ?roS. ю-g§2oo OOCD OCDOO - o о TO -го ro t -- Ю M I I I M TO 00 oo -m - о о do о CO (M о Ю CTJ 2 ГС iiiiiiiii-i-! i и J I I M I I I 3t:;cDooa>6io-*o6oo-*o -od) II 17 iTlo cc cc cc g g g - о я о a о a о я Я я a я Я я и о (О о ш о ш о о о о я о я о я о я 3 я а я Опоя о с; о о я о к is is я я о та Я я 3 о я о я о о 5 0-;.Ч я о я о о 3§Э° ООООООООООООООО §0 я Г5 2 в я 3 g я Од о о о о ОоООо 2 я с; я с; о я to <u я я OOgO i S О о* 2; о о >.0 со я 3 s<o Ш я я я о я а я о 3 о ч § О о * £ю к я я X к ч я я я я я 5 я а 2 S I аь О я о я о я о о о. о о о
со D3 а также по результатам коррозионных и механических испытаний сварных соединений. При выборе режимов сварки данной группы сплавов необходимо соблюдение двух условий: предупреждение высокотемпературного межкристаллитного разрушения сварных соединений; получение минимальной зоны разупрочнения (для термически упрочняемых алюминиевых сплавов) или минимальной зоны повышенной хрупкости в месте сварки (для сплавов молибдена, вольфрама, хрома). Влияние режимов сварки на образование горячих трещин неоднозначно. Уменьшение величины погонной энергии, увеличение скорости охлаждения металла шва способствуют подавлению зональной ликвации, измельчению зерна, уменьшению величин внутренних деформаций и в этом смысле благоприятно сказываются на технологической прочности соединений. Однако те же причины могут вызвать образование менее благоприятно ориентированной структуры шва и увеличение темпа нарастания внутренних деформаций. Соотношение этих факторов при выбранном режиме сварки определяет сопротивление сварных соединений образованию горячих трещин и соответственно оптимальный интервал режимов (по Avju) для соединений данного уровня жесткости. Все это в равной степени относится и к такому технологическому приему, как предварительный и сопутствующий подогрев изделий при сварке. Режимы сварки не оказывают резкого влияния на механические свойства аустенитной стали, однако увеличение размеров сварочной ванны нежелательно, так как в этом случае снижается коррозионная стойкость соединений в связи с появлением четко выраженной ликвационной зоны и зон выпадания карбидов и некоторых других фаз из твердого раствора. При сварке нагартованных сплавов ниобия и тантала, а также термически не обрабатываемых сплавов алюминия (АМг, АМгЗ, АМг5, АМгб, АМц и др.) в зоне термического влияния наблюдается некоторое разупрочнение, связанное с рекристаллизацией обработки. При сварке сплавов в отожженном состоянии сварные соединения равнопрочны основному металлу. Для повышения пластичности сварных соединений сплавов ниобия, склонных к старению, проводят отжиг после сварки для перестаривания. Другие сплавы не требуют термической обработки. Сплавам вольфрама, хрома и молибдена свойственно резкое охрупчивание-при сварке вследствие образования в зоне сварочного нагрева литой и рекристаллизованной структуры. Для уменьшения размеров зоны хрупкости и ограничения роста зерна в этой зоне сварку сплавов рекомендуют выполнять при минимально возможной погонной энергии и в импульсных режимах с использованием различных теплоотводящих устройств. По характеристикам кратковременной и длительной прочности сварные соединения сплавов вольфрама, хрома и молибдена не отличаются от основного металла в рекристаллизованном состоянии. Важную технологическую проблему представляет сварка высокопрочных стареющих сплавов на основе алюминия (AB, AB5, AK6, AK6-1, Д20, В95 и др.). При выборе режимов сварки сплавов стремятся ограничить перегрев жидкого металла, сократить продолжительность пребывания сварочной ванны в жидком состоянии, сократить пребывание металла зоны термического влияния при высоких температурах. При этом повышается сопротивление шва и околошовной зоны хрупкому разрушению и уменьшается степень разупрочнения основного металла вблизи шва. Эти условия обеспечиваются при использовании источников тепла большой интенсивности, позволяющих вести сварку с повышенной скоростью. Жесткие режимы сварки способствуют также уменьшению пористости. После сварки проводят полную термическую обработку сварных конструкций: закалку -V искусственное старение для сплавов типа AB; отжиг перед сваркой, закалку--искусственное старение для сплава Д20; закалку + естественное старение для сплавов Д1 и Д16; длительный гомогенизирующий отжиг -\- естественное старение для сплава В95 [3J. |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |