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 Основные параметры и рекомендуемые режимы. С помощью весьма простых приемов возможно управлять процессом сварки: температурой нагрева деталей, увеличением или уменьшением давления на поверхности контакта, понижением разрежения в рабочей камере, увеличением выдержки деталей при соответствующих температурах, различными способами подготовки соединяемых поверхностей и т. п. Установление соотношений между этими параметрами процесса сварки имеет первостепенное значение для отработки оптимальной технологии. Зависимость прочности соединения от изменения давления выражается кривой, приведенной на рис. 51. Давление требуется для обеспечения плотного контакта свариваемых поверхностей, что необходимо для взаимного диффузион- б6, кгс I мм 2 10 20 30 40 0р,кгс/мм2 Рис. 51. Зависимость прочности сварного соединения, полученного при В = 10 * мм рт. ст., т = 5 мин от давления: / - чугун СЧ 18-36, Т = 900° С; 2 - сталь 50, Т = 1100° С; 3 - сталь 4Х14Н14В2М, Т = 1200° С В,мм рт.ст. 10 102 101 1 10- 10-2 10- о 5 10 15 20 25 t,MUH Рис. 52. Цикл изменения разрежения при сварке сплава Т15К6 со сталью 45 ного обмена атомов свариваемых материалов. Если давление при сварке меньше оптимального, то на границе соединения могут появиться непровары. Характер изменения остаточного давления в рабочей камере в процессе диффузионной сварки показан на рис. 52. На создание высокого вакуума в камере затрачивается 10-12 мин, затем начинается нагрев свариваемых деталей. Нагрев деталей приводит к неизбежному выделению растворенных в них газов (участок а-б). Количество этих газов зависит от состава металла и размеров свариваемых деталей. Скорость выделения газов определяется интенсивностью нагрева. При этом давление в камере повышается (участок б-в). Участок г-д характеризует установившееся давление в камере во время обезгаживания. Процесс обезгаживания можно ускорить за счет повышения температуры нагрева, используя более мощную откачную систему. По окончании обезгаживания происходит уменьшение остаточного давления в камере до 10 * мм рт. ст. (участок д-е), после чего прикладывается необходимое усилие для сжатия деталей. Участок е-ж характеризует процесс сварки, продолжительность которого 5-6 мин. По истечении указанного времени нагрев прекращается, давление оста- точных газов в камере уменьшается. Усилие сжатия не снимается до охлаждения деталей до температуры 80-150° С. Если давление снять преждевременно, то в случае сварки разнородных металлов может произойти разрыв по линии стыка, а при сварке однородных металлов - снизится предел прочности сварного соединения. После окончания нагрева с целью исключения окисления деталей на воздухе их следует охлаждать до определенной температуры в камере. Для деталей из черных металлов температура охлаждения не должна превышать 150-200° С, для цветных 80° С, для твердых сплавов 100° С. Подготовка поверхности перед сваркой. Влияние способов подготовки свариваемых поверхностей на прочность соединений при диффузионной сварке исследовали экспериментально. (ig, кгс/мм 60 50 40 30 20 10 кгс/мм 7/7- 60 - 50-40-30- 1. I Рис. 53. Зависимость прочности соединения из стали 45 от механической обработки поверхности перед сваркой Рис. 54. Зависимость прочности сварного соединения от способа химической обработки поверхности Сварку проводили при постоянных параметрах: Т = 1000 °С, р = 2 кгс/мм и т = 5 мин. Соединяемые поверхности обрабатывали следующими способами: черновое точение; тонкое получистовое точение; шлифование; полирование. Диаграмма, приведенная на рис. 53, показывает, что при черновой обработке прочность получается недостаточной. При получистовом точении рельеф поверхности более гладкий, что позволило получить прочность соединения на 20% выше. При шлифовании прочность соединения оказалась на 10% меньше по сравнению с тонким получистовым точением. Возможно, при абразивной обработке на поверхность зачищенного металла попадали твердые частицы абразива, которые препятствовали диффузионным процессам. Прочность соединения при полировании аналогична прочности при получистовом точении. Такое практическое совпадение величин прочности соединений служит хорошим доказательством того, что выбранный режим (температура, давление, длительность выдержки, разрежение) обеспечивает тесный контакт поверхностей заготовок уже при получистовом точении. Перспективен способ очистки свариваемых поверхностей ультразвуком. Применение ультразвуковых колебаний для очистки свариваемых поверхностей повысило предел прочности сварных соединений при изгибе с 70-80 до 80- 130 кгс/мм Другая серия экспериментов состояла в определении прочности соединения в зависимости от способов удаления с поверхности металлов окисных и адсорбированных пленок (масел, жиров, пыли, грязи, краски и т. п.), мешающих сварке. (J g, кгс/мм SO 60 40 20 О (Sg,KrC/MM 60 40 20 О
(7,5 / р, КГС/ММУ- Рис. 55. Зависимость прочности сварного соединения от температуры сварки (т = 5 мин) при давлениях в процессе сварки: / - 0,5 кгс/мм; 2 - 1 кгс/мм; 3 - 2 кгс/мм; 4 - Ъ кгс/мм Рис. 56. Зависимость прочности соединения от давления и температуры сварки (т = 5 мин): I) Т = 800° С; 2) г = 900° С; 5) Г = = 1000° С; 4) Г = 1100° С Жировые пленки удаляли различными способами: протиркой спиртом, ацетоном, бензином (калоша), четыреххлористым углеродом и нагревом в вакууме, травлением в кислотах. Обезжиривание поверхности позволяет получить более высокую прочность, при обезжиривании четыреххлористым углеродом по сравнению с протиркой ацетоном прочность повышается на 14% (рис. 54); установлено, что при диффу- а ,кгс-м/см 14 16 12 8 4 800 900 1000 1100 Т,°С Рис. 57. Зависимость ударной вязкости соединения сплава ВТ5-1 от температуры сварки 1000 Т, °С Рис. 58. Зависимость относительного удлинения соединения сплава ВТ5-1 от температуры сварки знойной сварке наблюдается очистка свариваемых поверхностей под действием нагрева в вакууме. Температура и давление при сварке. Влияние температуры в диапазоне 800-1100 С на прочность соединения выяснялось при различных давлениях (0,5; 1; 2 и 5 кгс/мм) и продолжительности сварки 5 мин при разрежении 10 мм рт. ст. Из кривых, приведенных на рис. 55, следует, что прочность соединения при всех давлениях зависит от температуры. При давлении 2 и 5 кгс/мм прочность соединения увеличивается лишь для температуры 1000° С. При 1100° С наблюдается даже некоторое уменьшение прочности соединения. <3в,кгс/мм 80 При увеличении давления (рис. 56) от 0,5 до 2 кгс/мм прочность соединения значительно растет для температур 800, 900, 1000, 1100° С. Увеличение давления от 2 до 5 кгс/мм2 сказывается незначительно на прочности соединения. Изменение прочности соединения при увеличении давления до 2 кгс/мм можно объяснить увеличением площади истинного контакта между соединяемыми поверхностями. На рис. 57 приведены кривые зависимости ударной вязкости сварного соединения от температуры, а на рис. 58 зависимости относительного удлинения от температуры сварки. Зависимость прочности соединения от температуры и давления на примере конструкционных сталей иллюстрируется рис. 59. Температура 800-900° С
4 5 6 7 8 t,MUH Рис. 59. Зависимость прочности образцов из , конструкционной стали от времени сварки и давление 0,5 и 1 кгс/мм не обеспечивают равнопрочного основному металлу соединения (разрушение происходит по месту соединения), пластичность сварного образца низкая. Температура соединения 1000 и 1100° С при давлениях 1,2 и 5 кгс/мм обеспечивает соединение, равнопрочное основному металлу; при этом фактически исчезают границы раздела двух заготовок, образцы разрушаются по основному металлу. Некоторое снижение пластичности наблюдается при давлении 5 кгс/мм. Величина относительной осадки для давления 5 кгс/мм при 1000 и 1100° С Г 80 15-13-11 -9 -7 -5 -J 1 - 70 60 50 40 30 20 10
составляет 4,5 и 16%, а для тех же температур при давлении 2 кгс/мм - 1,5-2%. Аналогичные зависимости прочности соединения от температуры, давления, разрежения и других факторов получены и для других материалов. В зависимости от условий работы сварных соединений прочность оценивали испытаниями на растяжение, кручение, ударную вязкость, угол изгиба и сдвиг. При этом были получены удовлетворительные результаты. Продолжительность сварки и охлаждения. Установлена зависимость прочности сварного соединения от времени сварки, с увеличением которого прочность сварного соединения растет до предела прочности основного металла (рис. 60). Дальнейшее увеличение продолжительности сварки на прочность сварного соединения не влияет. Однако чрезмерное увеличение выдержки снижает прочность сварного соединения. Аналогичным образом влияет продолжительность процесса на относительное удлинение и ударную вязкость. Влияние температуры охлаждения сваренных в вакууме образцов на прочность и пластичность изучали при Т ~ 1000° С, /7 = 2 кгс/мм, т = 5 мин. На рис. 61 приведены кривые прочности соединения образцов, охлаждаемых до разных температур в вакуумной камере. При охлаждении на воздухе в интер- 1000 800 600 400 200 Т°С Рис. 60. Зависимость прочности и пластичности соединения из конструкционной стали от температуры охлаждения вале температур 1000-600° С пластичность отсутствует. При понижении температуры до 200° С пластичность повышается до 7% и при температуре 100° С и ниже она достигает максимума - 13%. Таким образом, охлаждение в вакуум- 60 70 60 50 40 J0 6s, кгс/мм
б в, кгс/мм 90 10- а.) В, ммрт. ст. 60 50
10~ 10 в, Им рт.ст. (i в, кгс/мм 70 Рис. 61. Зависимость прочности сварного соединения от степени разрежения при сварке: а - конструкционная сталь 45; б - сталь 45 со сталью Р18 НОЙ камере под давлением сваренных образцов (деталей) обеспечивает необходимую прочность и пластичность соединяемых металлов и сплавов. Вакуумирование при сварке. Исключительно важное значение для проведения процессов диффузионной сварки имеет степень разрежения. При этом следует учитывать некоторые особенности, в частности усиление газовыделения из деталей и стенок камеры при повышении температуры. Опыты проводили при Г 900 и 1000° С, р - 2 кгс/мм, т = 5 мин. Из кривых, построенных для стали 45, следует, что при 1000° С прочность соединения значительно возрастает до степени разрежения 10 мм рт. ст.; при дальнейшем увеличении разрежения наблюдается увеличение прочности. При температуре 900° С прочность соединения повышается до степени разрежения 10~2 мм рт. ст., дальнейшее повышение разрежения не оказывает столь большого влияния на прочность соединения (рис. 62). На основе расчетов и экспериментальной проверки установлено, что степень разрел<ения в вакуумной камере в диапазоне использованных режимов (10~2-10 мм рт. ст.) вполне обеспечивает такую чистоту соединяемых поверхностей, которая гарантирует создание монолитного соединения, равнопрочного основному металлу. Технология диффузнойj ной сварки. С технологической точки зрения при выполнении диффузионной сварки важны следующие основные требования: должны быть обеспечены очистка поверхностей соединяемых материалов и непосредственный их контакт; материалы, подвергаемые соединению, следует нагреть до соответствующей температуры способствующей диффузии; 11001000 900 600 7,0 - Рис. 62. Диаграмма объемной зависимости прочности соединения из стали 45 от температуры и степени разрежения защитная атмосфера должна предотвращать окисление или загрязнение материалов. Оптимальное значение вакуума выбирают с учетом свойств свариваемых материалов и результатов исследований. При недостаточном вакууме усиливается окисление свариваемых материалов. Получение высокого вакуума существенно снижает производительность сварки, приводит к удорожанию процесса и может быть оправдано только с точки зрения эффективности очистки свариваемых поверхностей от окислов и различных газов. Обработка поверхности должна обеспечить максимальную площадь контакта свариваемых поверхностей. При выборе класса шероховатости поверхности следует ориентироваться на технико-экономические возможности предприятия. Способ очистки свариваемых поверхностей от пленок выбирают в зависимости от природы и вида пленок. Температура сварки доллша обеспечить большую скорость пластического деформирования и развитие диффузионных процессов. Температуру сварки определяют из соотношения = 0,7Тп,. Для жаропрочных сплавов и тугоплавких металлов она может быть несколько выше. Давление должно достигать такой величины, чтобы осуществлялась деформация микронеровностей и шероховатостей на свариваемых поверхностях и обеспечивалась максимальная истинная площадь контакта последних. Ориентировочно оптимальное значение давления, обеспечивающего получение качественного соединения, не приводящего к макроскопической деформации зоны сварки, равно пределу унругопластической деформации свариваемых материалов при температуре сварки. При сварке разнородных материалов давление устанавливают в зависимости от характеристик менее прочного из свариваемых материалов. В случае недостаточно интенсивной диффузии между компонентами соединяемых материалов при резко различных коэффициентах линейного расширения или при возможном появлении интерметаллидов, оказалось целесообразным применять промежуточную прокладку или подслой в виде фольги, порошка и т. п. Время сварки выбирают, в зависимости от наличия промежуточной прослойки между свариваемыми поверхностями, опытным путем или расчетом по существующим методикам. В качестве примера приводится методика разработки технологического процесса диффузионной сварки жаропрочных сплавов ХН75МБТЮ (ЭИ602) и ЭП99. Сварка без промежуточных прослоек. Оптимальное значение давления сжатия и температуры сварки определялось экспериментально. Давление изменяли в пределах 1-4 кгс/мм через каждые 0,5 кгс/мм. Сварку выполняли при температурах 1100, 1150, 1175 и 1200 °С; время сварки было постоянным (6 мин). Режим сварки признавали оптимальным, если сварные соединения были равнопрочны основному металлу. Механические свойства соединений определяли на пятикратных гагаринских образцах диаметром 6 мм, вырезаемых перпендикулярно стыку. Среднеарифметические значения временного сопротивления разрыву од и относительного удлинения б, подсчитанные по результатам испытания 3-12 образцов, приведены на рис. 63 и 64. По мере увеличения давления сжатия прочность соединений увеличивается, очевидно, вследствие увеличения поверхности фактического контакта. При увеличении температуры сварки до 1200° С пластичность и прочность сварных соединений обоих сплавов понижается. Это связано с чрезмерным ростом зерна у сплава ХН75МБТЮ (ЭИ602) и растворением упрочняющих фаз у сплава ЭП99. Опыты, проведенные при температуре 1250° С и давлении выше 1 кгс/мм, показали, что в соединениях обоих сплавов по границам зерен образуются трещины. 14 п/р, Ольшанского, т. 1 |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |