Главная Проволока для 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 Р а-превращением промежуточного Р ©-превращения. Полиморфное превращение в сплавах I и П групп протекает по мартенситному механизму (о) = З-т-J-400 X/C). Характерен малй объемный эффект р-ьагпревращения (0,13-.
Е, ср, tiKB
б, кгс/мг1 ? Р. кгс, а
Рис. 7. Неоднородность свойств сварного соединения в поперечном сечении технического титана ВТМ (6=2 мм) при аргонодуговой сварке: а - максимальные температуры; б - схема сварного соединения; в - твердость НВ и размер зерна \х; г - механические свойства при изгибе (Р - несущая нагрузка, а - Угол изгиба); д - электродный ф (3% NaCl) и термоэлектрический Е потенциалы (мкВ); е - остаточные пластические продольные гу н поперечные 8 деформации; ж - остаточные продольные оу и поперечные Оуу напряжения Диаграммы III типа свойственны еще более легированным а-f Р-сплавам титана (ВТ16). Для них характерны две ступени превращения: при относительно малых скоростях охлаждения происходит Р -> а-превращение по диффузионному механизму; основная часть Р-твердого раствора превращается затем по мартенситной кинетике. Начиная с некоторых критических скоростей охлаждения, сохраняется только мартенситная кинетика - бездиффузионное р - а превращение; при этом существенно возрастает количество остаточной Р-фазь{. Диаграмма IV типа характеризует высоколегированные метастабильные Р-сплавы (ВТ 15). Они также претерпевают сначала диффузионное превращение, а затем мартенситное, однако при очень малых скоростях охлаждения а-фаза выделяется по границам зерен Р-фазы, а а -фаза - на внутренних участках. При более высоких скоростях охлаждения сохраняется термически метастабильная Р-фаза. Процесс старения представляет распад метастабил ьных фаз. Последовательность стадий старения и их продолжительность определяются составом сплавов, а также температурой максимального нагрева при термическом цикле сварки. Конец (i* а Начало ft-*-а Начало fiа Конец р>а Начало [i+cj a+fh+u Л-- Коней, fi-oj a+fi + u) О л л а ж д 10 е
Hue, Рис. 8. Диаграммы превращений в сплавах титана в зоне полной перекристаллизации [24] При распаде мартенситной фазы а первой выделяется Р-фаза, мартенсит постепенно обедняется легирующим элементом и превращается в а-фазу: ам Чбечн + Р Ф а распадается по другой схеме: овог + ацеравн Рнеравн + Р + Т. е. первой выдсляется а-фаза, а мартенсит обогащается Р-стабилизатором, становится термодинамически неустойчивым и превращается в неравновесную р-фазу, состав которой постепенно приближается к равновесной. Распад метастабильной Рм-фазы в общем виде можно представить следующими схемами: Рм -> (ю + Робог) -> (со + Робог + а) Рст + Рм (0) + Робог) (W + Робог + сс) а + Y. Первая схема относится к сплавам, не имеющим эвтектоидного превращения, вторая схема - к эвтектоидным системам. Основным критерием выбора технологии сварки, исходя из оптимальных механических свойств, является оптимальный интервал скоростей охлаждения Woxд, в котором степень снижения уровня пластических свойств околощовной :оны оказывается наименьшей (рис. 9). Исходя из этого сварку а- и псевдо сс-сплавов целесообразно проводить при минимальных погонных энергиях (рис. 9,й); а + р-сплавы со средним количеством Р-фазы характеризуются резким снижением пластических свойств в широком интервале скоростей охлаждения вследствие неблагоприятного сочетания фаз а, со и р. Вне этого интервала пластичность увеличивается при малых скоростях вследствие уменьшения количества Р-фазы, при высоких - за счет ее увеличения. Эти сплавы целесообразно сваривать на мягких режимах с малыми скоростями охлаждения (рис. 9, б). Высоколегированные (а + р)-сплавы с высоким содержанием р-фазы (BT1G) или сплавы со структурой метастабильной р-фазы целесообразно сваривать на режимах, обеспечивающих среднюю и высокую скорость охлаждения (рис. 9, е). 200 3 ч) 6) 8) Рис. 9. Влияние длительности f -f t пребывания сплавов титана выше температуры превращений {Г на стадии нагрева; t - иа стадии охлаждения) п последующей скорости охлаждения на механические свойства сплавов титана в околошовной зоне: а - сплавы со структурой чистой а-фазы или с малым количеством о- и Р-фаз (техннче-птГ Jn!p?. J - -сплавы с 3,5% А1 (ВТ5. ВТ5-1); а -f р-сплавы (типа АТ. R 1, 19 R ~ структурой а + со + Р-фаз при малом и среднем коли- честве р-фазы (а + р-сплавы ВТ6, ВТ 14); в - сплавы со структурой р -+- а -fa-фаз при ВтТ 124Г содержании р-фазы (а -f р-сплав ВТ16, метастабильный р-сплав Повышение пластичности с сохранением высокой прочности достигается технологическими приемами, например путем электромагнитного перемешивания расплава и применения колеблющегося электронного луча, что измельчает структуру а-фазы и уменьшает внутрнзеренную неоднородность. Необходимые свойства сварных соединений термоупрочняемых а + р-титановых сплавов получают после закалки и старения. При сварке титановых сплавов у сварных соединений наблюдается склонность к замедленному разрушению, причиной которого является повышенное содержание водорода в сварном соединении в сочетании с растягивающими напряжениями первого рода (остаточными сварочными и от внешней нагрузки). Влияние водорода на склонность к трещинообразованию возрастает при увеличении содержания других примесей (кислорода и азота) и вследствие общего снижения пластичности при образовании хрупких фаз в процессе охлаждения и старения, итрицательное влияние водорода при трещинообразованин является результатом гидридного превращения и адсорбционного эффекта снижения прочности. Наибольшее влияние водород оказывает на а-сплавы в связи с ничтожной растворимостью в них водорода (<0,001%). Растворимость водорода в Р-фазе значительно выше, поэтому сплавы, содержащие Р-с)азу, менее чувствительны к водородному охрупчиванию; вместе с тем повышенная растворимость водорода в Р-фазе увеличивает опасность наводороживании. Склонность к растрескиванию увеличивается: а) при повышенном содержании водорода в исходном материале; б) при насыщении водородом в процессе сварки (из-за недостаточно тщательной подготовки сварочных материалов, свариваемых кромок п т. д.); в) при насыщении водородом в процессе технологической обработки сварных соединений и эксплуатации. Радикальными мерами по борьбе с трещинообразованием являются: а) снижение газов в основном и присадочном материале: <0,008% На; <0,1-0,12% О, <0,04% N; б) соблюдение правильной технологии сварки для предотвращения попадания паров воды и вредных газов в зону сварки (тщательная подготовка и зачистка сварочных материалов и свариваемого металла, надежная защита металла в зоне сварки и рациональный подбор режимов сварки); для уменьшения склонности к замедленному разрушению целесообразно а- и псевдо а-сплавы титана сваривать на жестких режимах; а + Р-сплавы - на относительно мягких (скорость охлаждения 10-20 °С/с); в) снятие остаточных сварочных напряжений; г) предотвращение возможности наводороживании сварных соединений при эксплуатации путем выбора сплавов рациональной композиции для работы в средах, где возможно насыщение водородом. Поры в сварных соединениях, которые чаще располагаются в виде цепочки по зоне сплавления, снижают статическую и динамическую прочность сварных соединений. Их образование [18] может вызываться попаданием водорода вместе с адсорбированной влагой на присадочной проволоке,флюсе, кромках свариваемых изделий или из атмосферы при нарушении защиты. Перераспределение водорода в зоне сварки в результате термодиффузионных процессов при сварке также может привести к пористости. Растворимость водорода в титане уменьшается с повышением температуры. Поэтому в процессе сварки титана водород диффундирует от зон максимальных температур в менее нагретые области, от шва к основному металлу. Основными мерами борьбы с порами, вызванными водородом при качественном исходном материале, является тщательная подготовка сварочных материалов: прокалка флюса, применение защитного газа гарантированного качества, вакуумная дегазация и зачистка перед сваркой сварочной проволоки и свариваемых кромок (удаление альфированного слоя травлением и механической обработкой, снятие адсорбированного слоя перед сваркой щетками или шабером, обезжиривание), соблюдение защиты и технологии сварки. В сварном шве поры могут образоваться вследствие: а) задержания пузырьков инертного газа кристаллизующимся металлом сварочной ванны при сварке титана в среде защитных газов; б) захлопывания микрообъемов газовой фазы, локализованных на кромках стыка, при совместном деформировании кромок в процессе сварки; в) химических реакций между поверхностными загрязнениями и влагой и т. д. При сварке титана плавлением требуются концентрированные источники тепла. Однако в связи с более низким, чем у стали, коэффициентом теплопроводности (в 4 раза), более высоким электрическим сопротивлением (в 5 раз) и меньшей теплоемкостью для сварки плавлением титана тратится меньше энергии, чем при сварке углеродистых сталей. Вследствие низких коэффициентов теплопроводности, линейного расширения и модуля упругости остаточные напряжения в сварных соединениях титана меньше предела текучести и составляют для большинства титановых сплавов (0,6-f-0,8) Оц.з основного металла. Наиболее высокие остаточные напряжения возникают в сварных соединениях однофазных как а-, так и Р-титановых сплавов или у слабо гетерогенизированных сплавов такого типа (рис. 10). Высокий коэф(})ициент поверхностного натяжения титана (около 1500 эрг/см при температуре кристаллизации в вакууме и атмосфере гелия) в сочетании с ма- лой ВЯЗКОСТЬЮ в расплавленном состоянии (с повышением температуры коэффициент вязкости изменяется от 0,89 сСт при 1730 °С до 0,37 сСт при 1920 °С) увеличивает опасность прожогов и вызывает необходимость более тщательной сборки деталей под сварку по сравнению с деталями из сталей. Свариваемые детали разрезают механическим путем. В качестве предварительного метода разрезки с последующей механической обработкой кромок может быть использована также газовая и плазменная резка. Газовую резку титана производят на повышенной, по сравнению со сталью, скорости при одновременном снижении мощности подогревающего пламени из-за более интенсивного выделения тепла в зоне реза. Сварные соединения, выполненные непосредственно после газовой сварки, обладают низкой пластичностью и склонны к растрескиванию в условиях напряженного состояния. Удаление поверхностного слоя после газовой резки механическим путем на глубину 1 мм позволяет получить качественное сварное соединение. Принципиально разделка кромок при сварке титановых сплавов не отличается от разделок, применяемых для сталей. В зависимости от толщины свариваемого металла сварку производят без разделки, с V-, U-, Х- и рюмкообразными разделками, а также применяют замковые соединения. Сварку деталей из титановых сплавов производят после того, как снимут газонасыщенный (альфированный) слой. Такой обработке должны быть подвергнуты детали, изготовленные методом пластической деформации (поковки, штамповки и т. д.), а также детали, прошедшие термическую обработку в печах без защитной атмосферы. Удаление альфированного слоя с применением травителей предусматривает: а) предварительное рыхление альфированного слоя дробеструйной или пескоструйной обработкой; б) травление в растворе, содержащем 40% HF, 40% HNOg, 20% Н2О или 50% HF и 50% HNO3; увеличение времени травления выше оптимального (>25 с) приводит к взрыхлению поверхностных слоев металла, повышенной сорбции ингредиентов среды и увеличению порообразования прн сварке; в) последующую зачистку кромок па участке шириной 10-15 мм с каждой стороны металлическими щетками или шаберами для удаления тонкого слоя металла, насыщенного водородом при травлении. Механическое удаление альфированного слоя (зачистка шабером) непосредственно перед сваркой обеспечивает лучшие результаты. Перед началом сборочно-сварочных работ необходимо очистить детали от загрязнений металлической щеткой и обезжирить органическим растворителем. В качестве органических растворителей можно использовать ацетон и бензин. Технология обезжиривания рекомендуется следующая: промывка свариваемых кромок и прилегающих к ним поверхностей на ширину не менее 20 мм (бязью, капроновыми или волосяными щетками) бензином марки Б-70 и последующая промывка этиловым спиртом-ректификатом или ацетоном; допускается промывка ацетоном. При сборке конструкций из титана под сварку необходимо соблюдать следующие особенности: а) в связи с жидкотекучестью и высоким коэффициентом поверхностного натяжения расплавленного титана необходимо более высокое качество сборки; б) недопустимы правка и подгонка деталей с использованием местного о 50 700 Количество [i-фазы В шве, % Рис. 10. Изменение максимальных растягивающих остаточных напряжений в сварных соединениях (листы толщиной 2 мм), выполненных аргонодуговой сваркой различных сплавов в зависимости от количества Р-фазы (содержания Р-стаби-лизирующего элемента) [4] нагрева газовым пламенем; в) правка и подготовка деталей в холодном состоянии затруднена в связи со значительным пружинением титана; г) необходима надежная защита шва при сварке плавлением от доступа воздуха с обратной стороны шва при выполнении прихваток. В качестве присадочных материалов при сварке титана плавлением используют холоднотянутую проволоку и прутки, изготовленные из листового металла. Выбор сварочной проволоки определяется условиями сварки и эксплуатации конструкций. Состав проволоки должен быть близок к составу основного металла. Сварочную проволоку из титана и его сплавов изготовляют диаметром 0,8-7 мм. Проволоку подвергают вакуумному отжигу. При соблюдении рассмотренных требований к качеству исходного материала, подготовки под сварку, технологии сварки свариваемость сплавов титана можно характеризовать следующим образом. Высокопластичные малопрочные титановые сплавы (Ов < 70 кгс/мм) ОТ4-0, 0Т4-1, АТ2, а также технический титан ВТ 1-00, ВТ 1-0, ВТ 1-1 обладают хорошей свариваемостью всеми приемлемыми для титана видами сварки; прочность и пластичность сварных соединений близка к прочности и пластичноеги основного металла. Свариваемость титановых сплавов средней прочности (Од = 75-f-100 кгс/мм) различна. Сплавы 0Т4, ВТ5, ВТ5-1, 4201 (Р-сплав) обладают хорошей свариваемостью различными методами; механические свойства сварных соединений такж близки к механическим свойствам основного металла. Сплавы АТЗ, ВТ4, АТ4, СТ5, ВТ20, ОТ4-2 обладают хорошей свариваемостью, однако прочность и пластичность сварных соединений снижаются на 5-10% по сравнению с прочностью и пластичностью основного металла. Сплав ВТ6С обладает удовлетворительной свариваемостью при сварке плавлением и контактной сварке. Предел прочности сварного соединения, выполненного сваркой плавлением, не менее 90% предела прочности основного металла. Большинство высокопрочных сплавов обладает удовлетворительной свариваемостью. Сплавы ВТ16, ВТ23, ВТ15, ТС6 предназначены для применения в термически упрочненном состоянии, сплавы ВТ6, ВТ14, ВТЗ-1 и ВТ22 - как в термически упрочненном, так и в отожженном состоянии. Оптимальные свойства сварных соединений достигаются после термической обработки. Для титана и его сплавов, а также сварных соединений применяют в основном следующие виды термической обработки: отжиг, закалку и старение [5]. В конструкциях титановые сплавы можно использовать в состоянии после прокатки или отжига или в состоянии после упрочняющей термической обработки. Упрочнение титановых сплавов с помощью термической обработки достигается в отличие от сплавов на основе железа преимущественно за счет дисперсионного твердения и старения. Отжиг заключается в нагреве до определенных температур, выдержке и охлаждении на воздухе для стабильных сплавов и с печью для высоколегированных. Режимы отжига приведены в табл. 4 [4, 5, 10]. Время выдержки при указанных температурах зависит от толщины обрабатываемых деталей. Для лрютов рекомендуют следующую выдержку: Толщина листа, мм............. 1,6-2,0 2,1-6,0 6 Время выдержки, мин ........... 20 2о ш Время выдержки при неполном отжиге (отпуске) 20-60 мин. Термические стабильные сплавы (титан, а- и псевдо а- сплавы) и их сварные соединения подвергают отжигу первого рода (до температур выше температуры рекристаллизации сплава) для снятия остаточных сварочных напряжений (500-600 С, выдержка 0,5-1 ч) и для правки тонкостенных конструкций, которые для этой цели выдерживают в жестких приспособлениях при 600-650 С в течение 0,5-1 ч. Отжиг (а + Р)-сплавов и их сварных соединений сочетает элементы отжига первого рода, основанного на рекристаллизационных процессах, и отжига второго рода, основанного на фазовой перекристаллизации. Для этих сплавов кроме про- |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |