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 ции 5-20%) и при больших ее значениях составляет 800 С для V, 940 °С для Nb, 1250 °С для Та. Снижение прочности при рекристаллизации, в том числе в зонах сварного соединения, подверженных рекристаллизации, не сопровождается для этих металлов снижением пластичности, если не происходит резкого роста зерна. Так как металлы высокой чистоты имеют порог хладноломкости ниже 20 °С, то они могут хорошо свариваться без подогрева. Прочность сварных соединений Nb составляет 0,6-0,8 прочности основного металла. Металлы с повышенным содержанием примесей и высоким порогом хладноломкости (исключая Та) целесообразно сваривать с подогревом. Сплавы чувствительнее к термическому циклу и параметрам термического цикла, чем чистые металлы, в связи с более низкой пластичностью, выпадением вторичных фаз и дисперсионным твердением. Например, сварка ниобиевых сплавов системы Nb - 2Me - С с гетерофазным упрочнением за счет выделений карбидов сопряжена с трудностями, обусловленными низкими ударной вязкостью и пластичностью вследствие развития процессов дисперсионного твердения. Сплавы системы Nb - Zr - С с содержанием С < 0,002% не чувствительны к параметрам термического цикла. При больших содержаниях происходит распад пересыщенного твердого раствора в процессе охлаждения при сварке [Ij. При содержании углерода в этих сплавах свыше 0,02% распад пересыщенного твердого раствора происходит непосредственно в процессе охлаждения при сварке тем интенсивнее, че.м больше время пребывания металла в интервале температур 800-1000 °С. Предотвращение распада и сохранение пластических свойств достигаются при определенных скоростях охлаждения. Наибольшая ударная вязкость достигается для сплавов в виде тонких листов при скоростях сварки 40-60 м/ч. Максимальная ударная вязкость сварных соединений ниобиевого сплава Nb - - W - Мо - Zr - С была получена при скоростях сварки более 40 м/ч [2]. Благоприятное сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости материала сварного шва достигается после окончательной термической обработки в интервале температур 1200-1300° С с выдержкой 1 ч, что обусловлено растворением иглообразных выделений метастабильных карбидов по границам и в теле зерна и последующим выделением вместо них дисперсных частиц типа (Nb, Zr) С. При сварке плавлением технического тантала и некоторых его сплавов, содержащих Nb, V, W, при соблюдении тщательной защиты от атмосферных газов (содержание в сварочной атмосфере Оз < 0,003%, N2 < 0,01%) обеспечиваются высокая пластичность и равнопрочность сварных соединений основному металлу. Высокие температуры плавления и относительно высокая теплопроводность ниобия и тантала вызывают необходимость применения концентрированных источников энергии при сварке плавлением. Используют следующие способы сварки: плавлением в вакууме и в среде инертных газов, контактную точечную и роликовую, диффузионную в вакууме, трением на воздухе, в среде инертных газов и в вакууме. Из перечисленных в основном применяют сварку плавлением - электронно-лучевую и дуговую в среде аргона или гелия. Детали на сварку поступают, как правило, после механической обработки; перед сваркой их подвергают травлению в смеси азотной и плавиковой, а также серной кислот (для деталей из ниобия - 40% HF-h 60% HNO3, 22% HF-f 8% HNO3 + 15% H0SO4 + 55% Н2О; для деталей из тантала - 90% HF + 10% HNO;;), зачищают инструментом; непосредственно перед сваркой стыкуемые кромки обезжиривают и обезвоживают этиловым спиртом. При дуговой сварке в среде инертных газов лучшие результаты обеспечиваются при сварке в камерах с контролируемой атмосферой или с MecTHoii защитой приточным инертным газом в накидных камерах. В случаях, когда требуется высокая точность размеров конструкций, целесообразно применять электроннолучевую сварку. Используют сварку сфокусированным, импульсным и расфокусированным лучами; последняя уменьшает вероятность появления трещин и прожогов. Сплавы на основе ниобия и тантала, особенно наиболее жаропрочные, склонны к межкристаллитному разрушению при сварке (горячие трещины) [23], а также замедленному разрушению (холодные трещины). Основные пути повышения сопротивляемости этих сплавов образованию горячих трещин: легирование элементами, снижающими диффузионную подвижность атомов в решетке или способствующими созданию фрагментарной литой структуры; повышение чистоты ochobj ного и присадочного металлов по примесям внедрения; применение рациональной технологии сварки, обеспечивающей сокращение времени нахождения металла при температуре высокой диффузионной подвижности (увеличение скорости охлаждения металла сварных швов). Механизм замедленного разрушения металлов V группы, как неметаллов IV группы, связан с водородной хрупкостью. Однако в связи с большей предельной растворимостью водорода и примесей внедрения чувствительность металлов V группы к этому вртду разрушения ниже, чем у металлов IV группы. В сплавах ниобия пористость наиболее часто возникает в зоне сплавления. Наиболее вероятной причиной возникновения пор могут быть кислород, летучие окислы ниобия, нитриды, а также СО и СО2, образующиеся при взаимодействии окислов с углеродом или карбидом. Прочность сварных соединений при аргонодуговой сварке ниобиевых сплавов составляет 0,75-0,8 от прочности основного металла, при электронно-лучевой сварке 0,6-0,75, для тантала--1. Прочность при электронно-лучевой сварке ниже в связи с очищением шва от примесей в вакууме и в связи с особенностями термического цикла. Примерные режимы сварки плавлением приведены в табл. 31 и 32. 31. Режимы сварки тугоплавких металлов и их сп.11авов
Диффузионную сварку осуществляют в установках типа СДВУ-2 при вакууме 10 мм рт. ст. с нагревом деталей индукционным способом. Машины для сварки трением оснащают герметичными камерами для защиты свариваемых деталей и вакуумной системой. Контактную сварку ниобия, тантала и сплавов на их основе осуществляют по особой технологии. Прилипание электродов уменьшается при использовании электродов с молибденовыми накладками, а такле на основе сплавов W - Мо, 32. Ориентировочные режимы однопроходной аргонодуговой сварки тугоплавких сплавов 33. Пластичные сплавы на основе хрома
СВАРКА ХРОМА, МОЛИБДЕНА, ВОЛЬФРАМА Свойства данных металлов рассмотрены в работах [9, 10, 12, 13, 17, 18, 20, 21, 28]. Преимуществами хрома являются высокая окалиностойкость в сочетании с относительно высокой температурой плавления, прочностью и малой плотностью. Однако низкая сопротивляемость тепловым и ударным нагрузкам и исключительно высокая склонность к хладноломкости по сравнению с другими тугоплавкими металлами ограничивают возможность его использования в сварных конструкциях. Молибден и вольфрам являются основол для создания жаропрочных сплавов в связи с их высокими тугоплавкостью, модулем упругости, термостойкостью, тепло- и электропроводностью. Преимуществом молибдена является вдвое меньшая, чем у вольфрама, плотность. Вольфрам обладает высокой тугоплавкостью. Общими недостатками являются низкая окалиностойкость и высокая склонность к хладноломкости. Для металлов VI группы (Сг, Мо, W) характерна ничтожная растворимость примесей внедрения, обусловленная небольшими размерами атомов и междуузлий, а также их электронным строением, и чрезвычайно высокая чувствительность к наличию примесей. Превышение пределов растворимости приводит к образованию соединений металлов с примесями внедрения (оксидов, нитридов, карбидов и др.), располагающихся преимущественно по границам зерен и охрупчивающих их. Наиболее сильно охрупчивает кислород. Растворенный в твердом металле, кислород резко увеличивает твердость, а хрупкие окислы, имеющие слабую связь с металлом, располагаясь по границам зерен, часто катастрофически снижают прочность и пластичность металлов. Хладноломкими эти металлы делают примеси. Температура перехода металлов в хрупкое состояние резко повышается с увеличением концентрации примесей внедрения. В зависимости от содержания примесей температура перехода из вязкого состояния в хрупкое колеблется для хрома от -70 до 600° С, для молибдена до 480° С, для вольфрама до 330° С. У металлов VI группы в рекристаллизованном состоянии температура перехода в хрупкое состояние примерно на 300° С выше, чем в деформированном. Причиной этого является неблагоприятное расположение неметаллических включений в рекристаллизованном металле, в котором они находятся в виде сплошной пленки по границам зерен. Температура рекристаллизации равна примерно 0,4 Т, К и составляет 950° С для хрома, 1150° С для молибдена, 1250 °С для вольфрама. В конструкциях эти металлы используются в виде сплавов. Для сохранения пластичности и повышения прочности металлов VI группы осуществляют легирование: а) элементами (в количестве < 1%), имеющими с этими металлами большое сродство и образующими растворы замещения; указанные элементы существенно уменьшают влияние примесей; Zr, Hf, Са, V, La, образуя нитриды, очищают матрицу сплава от этой примеси; Nb, Та, Ti, Zr хорошо связывают также углерод; Ti, Zr, V, Ge, La очищают от кислорода; б) металлическими элементами совместно с углеродом для гетерофазного упрочнения путем образования мелкодисперсной фазы в матрице сплава. Углерод, наряду с тем, что является раскислителем и модификатором, образует карбиды с этими элементами; в) элементами для образования твердого раствора; легирование допускается: для хрома - никелем, рением; для молибдена - рением, вольфрамом; для вольфрама - рением и молибденом. 34. Промышленные сплавы на основе мо.11ибдена
Химический состав и свойства серийных сплавов приведены в табл. 33 и 34. Основными легирующими элементами являются элементы IV группы - Ti, Zr, Hf. В небольших количествах вводится углерод (0,04-0,06%) как раскислитель, модификатор и для упрочнения сплава за счет образования второй фазы. Введение бора (0,001-0,003%) способствует увеличению пластичности за счет измельчения зерна и безоксидирующего действия. Введение в металл Fe, Со, Ni, Ir (молибденовые сплавы серии ТСМ) повышает пластичность вследствие концентрации этих элементов в пограничных областях и препятствия образованию окислов основного металла на границах в результате уменьшения энергии дефектов упаковки и усиления металлической связи. На металлы VI группы благоприятно влияет рений (при содержании > 20-25%); одновременно он повышает прочность и пластичность и резко уменьшает склонность к хладоломкости в связи с интенсивным развитием двойникования при деформации, очищением границ зерен от примесей, повышением предельной растворимости примесей. Сплавы рения с вольфрамом, молибденом, танталом и ниобием являются наиболее жаропрочными. В промышленном масштабе используются сплавы ВР-27ВП (W - 27% Re), МР-47ВП (Мо - 47% Re). Перспективны сплавы серии МВР27ВП системы Мо - W-Re с содержанием рения 27%. Эти сплавы сочетают высокую жаропрочность, пластичность, свариваемость. Металлы VI группы и сплавы на их основе обладают наихудшей свариваемостью (за исключением сплавов с рением) среди других тугоплавких металлов прежде всего в связи с ничтожной растворимостью и наиболее высокой чувствительностью к примесям внедрения. При сварке этих металлов наблюдаются следующие характерные особенности. Химическая активность металлов этой группы по отношению к примесям внедрения ниже, чем у тугоплавких металлов IV и V групп. Однако при высоких температурах, характерных для сварки плавлением, они активно реагируют с окислителями. Молибден и вольфрам не образуют оксидов, устойчивых при высоких температурах. Лишь оксид хрома CfjO является пассивирующим при высоких температурах. Заметное окисление хрома начинается с температур выше 780° С. Окисление на воздухе молибдена и вольфрама начинается при температуре около 300°С. При температурах ииже475° С на молибдене происходит образование плотно прилегающей окисной пленки. Скорость окисления незначительна и определяется скоростями диффузии ионов металла и кислорода через пленку окисла. В интервале температур 475-700° С наряду с образованием окисной пленки происходит испарение оксида молибдена, ускоряющееся с повышением температуры; при высокой температуре окисной пленки на поверхности молибдена не образуется, и наблюдается только испарение окисла. Пары воды вызывают быстрое окисление молибдена при температурах выше 700° С. В азоте хром устойчив до 650° С, молибден до 1500° С, нитриды не устойчивы, вольфрам и рений не реагируют с азотом. Хром, молибден и вольфрам образуют тугоплавкие прочные соединения с углеродом, бором, кремнием. В отличие от металлов IV и V групп эти металлы не образуют устойчивых гидридов. Водород в этих металлах образует твердые растворы внедрения и обладает большой подвижностью, десорбируясь при охлаждении, поэтому эти металлы не склонны к водородной хрупкости. Несмотря на меньшую, чем у металлов IV и V групп, активность, требуется более тщательная их защита (в связи с повышенной чувствительностью к примесям внедрения) путем сварки в высоком вакууме и инертных газах высокой чистоты. Металлы этой группы чрезвычайно чувствительны к термическому циклу сварки при наличии примесей, содержание которых в исходном материале, как правило, значительно выше предела растворимости. Увеличение зерна, перегрев, рекристаллизация, появление примесных фаз на границах зерен под действием термического цикла приводят к резкому увеличению порога хладноломкости и склонности к горячим трещинам. Температура порога хладноломкости металла шва и рекристаллизованной зоны термического влияния, как правило, выше 20° С. Для рекристаллизованной зоны характерен провал пластичности. Высокая склонность к горячим трещинам связана: а) с наличием примесей внедрения, вызывающих охрупчивание металла и образование легкоплавких эвтектик по границам зерен; б) с высокими напряжениями и темпом деформаций в связи с большим модулем упругости. Свариваемость и свойства сварных соединений зависят от неоднородности свойств исходного материала в связи с неоднородным распределением (по площади и толщине) примесей внедрения, различными размерами, формой и количеством частиц второй фазы, состоянием твердого раствора. На участках с повышенным содержанием примесей при сварке происходит преимущественное образование трещин, местное снижение порога хладноломкости и пластичности. На свойства сварных соединений влняют параметры термического цикла, прежде всего скорость охлаждения, от которой зависит выделение второй фазы (карбидов, нитридов и др.), вид (глобулярный, игольчатый, пластинчатый) и зоны выделений (на границе, в теле зерна). Оптимальные параметры цикла определяются природой сплава, толщиной металла, методом сварки. Влияние теплофизических характеристик этих металлов при сварке проявляется в следующем. Высокие температура плавления и теплопроводность вызьт-вают необходимость сосредоточенности источников энергии для сварки. Высокий модуль упругости в сочетании со значительной зоной упругопластических деформаций способствует появлегшю больших остаточных напряжений, однако малый коэффициент линейного расширения этих металлов уменьшает такое влияниг. Качественные сварные соединения получаются при использовании металлов высокой чистоты и однородности по примесям. Необходимо использовать также методы сварки, обеспечивающие образование сварного соединения без насыщения примесями внедрения. Основными из них являются методы сварки плавлением: электронио-лучевая, дуговая в среде инертных газов в ка.мерах с контролируемой атмосферой, сварка полым катодом, лазером. Хорошее качество соединений достигается при диффузионной сварке. Возможно получение соединений вольфрама химическим осаждением по реакции WFera3 + 3H2ra3 W,3 + 6HFra3. однако для соединений характерны высокий порог хладноломкости (510-560° С) и пористость в результате выделения газов по границам во время затвердевания сварочной ванны. Хорошее качество сварных соединений достигается при применении присадочных материалов с пониженной чувствительностью к примесям внедрения. Например, легирование металла шва при сварке молибденовых сплавов ВМ1, ЦМ2, ЦМ6 рением в пределах 45-50% Re (по массе) является эффективным средством повышения его пластичности. Для легирования используют проволоку МР47-ВП или фольгу из чистого рения. Введение в молибден элементов-модификаторов (углерод 0,06%) и элементов VIII группы (Fe, Со, Ni, 1г) повышает пластичность в литом и рекристаллизованной состоянии в связи с измельчением зерна, снижение предела текучести, уменьшением структурной и химической неоднородности по сечению соединения. В сплавах, содержащих углерод, цирконий и титан повышают пластичность 1%). Оптимальная техника и технология сварки предусматривают качественную подготовку кромок под сварку, защиту и регулирование параметров режима сварки, главным образом скорости охлаждения. Прецварительный нагрев способствует переходу металла из хрупкого состояния в пластическое (при температурах подогрева выше порога хладноломкости), но Б то же время оказывает неблагоприятное действие в связи с диффузионным перераспределением примесей, выпаданием их соединений по границам, а также образованием вторичных фаз, Поэтому целесообразность предварительного нагрева зависит от чистоты используемого металла и системы его легирования. Рекомендуемые температуры предварительного нагрева для молибдена 200-300° С для вольфрама 300-600° С. На повышение пластичности сварных соединений влияет отжиг основного металла перед сваркой для уменьшения содержания примесей внедрения и их неоднородности. Отй<иг после сварки используют для снятия остаточных напряжений и улучшения структуры. Температура отжига для молибдена г-/1000° С, для вольфрама ~1250°0. |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |