книги / Сварка в машиностроении. Т. 2

в околошовной зоне в сварных конструкциях рекомендуется использовать стали

сминимальным количеством вредных примесей (после электрошлакового, плаз­ менно-дугового или электронно-лучевого переплава).

6. Механические свойства некоторых никелевых сплавов

Никелевые сплавы условно можно разделить на три группы. Жаростойкие (нихромы) обладают повышенной стойкостью к коррозии в газовых средах при повышенных температурах. Эти сплавы построены на базе a -твердого раствора с добавками легирующих элементов (W, Mo, Al, Ti), которые повышают термиче­ скую стойкость твердого раствора и сравнительно мало упрочняют его за счёт дисперсионного твердения. Титан и алюминий вводят в таких количествах, что они незначительно влияют на упрочнение сплава при старении. Например, сплав ХН78Т относится к нихромам типа 80-20 с небольшими присадками титана и алюминия. При 20° С сплав имеет несколько повышенную прочность (табл. 6) по сравнению с прочностью аустенитных сталей типа 25-20 и 18-8 и достаточно высокую пластичность. При высоких температурах сплав ХН78Т имеет удовле­ творительные механические свойства. Однако стойкость до разрушения при вы­ соких температурах зависит от одновременного действия газовой коррозии и на­ пряжений. При небольших напряжениях сплав хорошо сопротивляется окислению до 1000J С. При более высоких температурах и повышенных нагрузках происхо­ дит межкристаллитиое окисление. Сплав ХН78Т хорошо сваривается различными видами сварки и имеет высокие механические свойства в сварных соединениях.

логии сварки зависит от конкретных условий работы сварной конструкции, т. е. сводится к обеспечению наиболее важной для данных условий характеристики свойств сварного соединения. Поэтому даже для одного и того же сплава или группы сплавов технология сварки может быть различной в зависимости от условий эксплуатации сварного изделия.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СВАРКИ

Для получения сварных швов, удовлетворяющих разнообразным требованиям, приходится легировать их элементами, не содержащимися в основном металле, и одновременно препятствовать обогащению шва вредными примесями. В зависи­ мости от метода сварки никеля могут быть применены различные способы леги­ рования металла шва. Наиболее надежным способом легирования является при­ менение электродной проволоки определенного состава в сочетании с пассивным нелегирующим электродным покрытием, с флюсом или использованием сварки в среде инертных газов. При этом должны быть обеспечены условия для полного усвоения сварочной ванной легирующих элементов, содержащихся в основном и присадочном металлах. При ручной сварке легирование шва может осуществ­ ляться через электродное покрытие, в состав которого вводятся порошки металлов или ферросплавов. При сварке под флюсами легирование металла шва является следствием физико-химических процессов между окислами флюса и никелем.

На свойства металла сварных швов влияет содержание в нем серы и свинца. Сера обладает большим химическим сродством к никелю. Особенно это заметно при температурах выше 400° С, когда в течение короткого времени образуется сульфид никеля, образующий с никелем низкоплавкую эвтектику при 645° С. Эвтектика содержит 21,5% S. Она располагается вдоль границ зерен металла и охрупчивает его. Пластичность никеля исчезает полностью. Особенно чувствите­ лен к сере чистый никель. Глубина и скорость проникновения серы в никель за­ висят от температуры. При температуре до 400° С заметного проникновения серы в никель не наблюдается. Сульфид никеля может образоваться, если с никелем соприкасаются материалы, которые содержат даже небольшие количества серы, например горючие материалы, масло, жиры, краски и т. д.

Повышенные требования при сварке никеля и его сплавов предъявляются к чистоте поверхности металла. При долгом хранении на никеле и медно-никеле­ вых сплавах образуется налет, содержащий серу. Этот налет не снимается при обезжиривании; требуется механическая зачистка перед сваркой на участке длиной 20—30 мм от места разделки и последующее обезжиривание ацетоном, уайт-спиритом или чистым бензином. Свинец также вызывает охрупчивание металла швов.

Для предупреждения образования в швах пор необходимо предупреждать контакт расплавленного металла с атмосферным воздухом. Никель и никелевые сплавы в расплавленном состоянии могут растворять большое количество газов (азота, водорода, кислорода), которые, выделяясь при кристаллизации и охлаж­ дении металла шва, могут приводить к образованию в них пор. Основной причиной пористости швов при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом сплава НП2 является азот и окись углерода; меньшее влияние оказывает кислород. Указывается также на связь пор с водородом. Легирование шва титаном, хромом и ванадием уменьшает вероятность образования пор, а церием, марганцем, угле­ родом, ниобием, кремнием и железом — увеличивает. Поэтому при сварке необ­ ходимо защищать расплавленный металл и предохранять зону сварки от попада­ ния воздуха, влаги и других загрязнений. Для этого следует применять про­ калку электродов, поддув газа, подкладки и подушки для защиты обратной сто­ роны шва, а также очищать поверхности кромок и присадочной проволоки. При аргонодуговой сварке вероятность образования пор в швах уменьшается с по­ вышением качества защиты зоны сварки и расплавленного металла от воздуха.

При сварке никеля и еплавов никеля с медь*о основной металл в зоне тсрми-

ческого влияния не претерпевает структурных изменений, не закаливается и не имеет дефектов, вызывающих необходимость предварительного подогрева или последующей термической обработки.

В сплавах никеля с молибденом и никеля с молибденом и хромом в зоне сплавления может возникнуть коррозия, для предотвращения которой сварное соединение подвергают последующей термической обработке, заключающейся в нагреве до температуры отжига и быстром охлаждении при закалке. Такая же

случае с обратной стороны шва «карманы» могут вызвать появление щелевой коррозии при эксплуатации изделий.

Особое внимание необходимо обращать также на качество сборки узлов. Сборка узлов с большими зазорами ведет к увеличению времени сварки, а значит его перегреву, что может вызывать рост зерна, склонность к трещинообразованию сварочного шва и околошовной зоны, снижению коррозионной стойкости и т. д. При сварке коррозионно-стойких сплавов увеличение числа проходов снижает коррозионную стойкость сварных соединений и может привести к образованию трещин в местах пересечения швов.

ГОСТы или технические условия, по которым выпускают электродные про­ волоки, используемые при сварке никеля и никелевых сплавов, указаны в табл. 8.

Г азовая св ар к а

Газовую сварку можно использовать для никеля и медно-никелевых* спла­ вов. Для сварки других, особенно кислотостойких сплавов, ее применяют ограни­ ченно. При кислородно-ацетиленовой сварке никеля и медно-никелевых сплавов необходимо поддерживать нормальное пламя, так как избыток кислорода вы­ зывает окисление расплавленного металла, пористость, хрупкость. Избыток ацетилена также может явиться причиной появления пористости и хрупкости металла шва. При сварке сплавов, содержащих хром, пламя должно быть более восстановительным, но не настолько, чтобы науглероживать наплавленный ме­ талл, насыщать его водородом, закисью углерода и другими газами.

При сварке никеля мощность пламени соответствует удельному расходу ацетилена 140—200 л/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Главным дефек­ том при газовой сварке являются поры в результате насыщения металла шва водо­ родом или повышения содержания в нем углерода с последующим образованием окиси углерода. Качество сварки зависит от состава флюсов и раскислителей, конструкции соединения, а также от опыта сварщика. Для сварки никеля реко­ мендуется применять присадочную проволоку того же состава, что и состав основ­

ного металла. Хорошие результаты обеспечивает проволока, легированная мар­ ганцем, магнием, кремнием и титаном. При этом марганец служит раскислителем и связывает серу, цинк раскисляет никель, кремний придает металлу лучшую жидкотекуччесть, а магний связывает остатки серы. Содержание указанных эле­ ментов в проволоке и наплавленном металле не должно быть слишком высоким (например, Мп до 2%, Si до 0,8%, Mg до 0,05% и Ti до 0,1%). Проволока должна иметь чистую поверхность, без следов смазки, масла и грязи. Диаметр присадоч­ ной проволоки рекомендуется выбирать равным половине толщины свариваемого металла, но не более 6 мм.

В отличие от газовой сварки стали при сварке никеля необходимо избегать перемешивания ванны, которое ведет к выгоранию раскислителей и загрязнению металла шва. Качество шва можно определить по цвету. Хороший шов имеет ма­ тово-коричневую или серо-желтую окраску. Шов, сваренный с перегревом, блестящий, сине-черного цвета. Во избежание пористости сварного соединения присадочная проволока и ядро пламени горелки не должны касаться ванны.

Для сварки никеля и его сплавов применимы левый и правый методы сварки. При левом методе сварки сварочная ванна более интенсивно взаимодействует с кислородом окружающего воздуха. Этот метод можно применять при сварке изделий из металла толщиной 1—2 мм. При правом методе сварки пламя направ­ лено на расплавленный металл, в результате чего замедляется охлаждение сва­ рочной ванны, уменьшается окисление расплавленного металла и предотвраща­ ется пористость и образование трещин. Пламя горелки направлено к поверхности свариваемых листов под углом 45°. Проволоку можно держать спокойно в ванне, но лучше, чтобы ее конец находился в пламени. При сварке рекомендуется про­ изводить горелкой легкие колебательные движения.

На качество .сварного соединения никеля влияет чистота ацетилена, который может являться источником загрязнения шва серой. Поэтому при сварке необхо­ димо применять хорошо очищенный, а лучше всего растворенный ацетилен. Сварку следует выполнять без задержек и возврата на сваренный участок во избежание перегрева околошовной зоны, сопровождающегося образованием трещин. Следует также избегать применения многослойной газовой сварки.

При сварке тонких (толщиной до 1 мм) листов для уменьшения коробления следует отгибать кромки, повышая тем самым жесткость листов. Сварку произ­ водят без присадочной проволоки. Листы толщиной до 4 мм сваривают встык без скоса кромок. Толстые листы сваривают с V- и Х-образной разделкой. Вслед­ ствие значительной усадки сварку стыковых швов производят, отступив на 100— 200 мм от края, так как может произойти наползание кромок друг на друга. По той же причине сборку под сварку осуществляют с большим зазором. Металл швов в местах дефектов следует вырубать и заваривать вновь. В тех случаях, когда конструкция должна иметь гладкую поверхность, после газовой или дуго­ вой сварки применяют проковку или прокатку шва. При этом прочность швов повышается за счет измельчения структуры. Иногда после проковки производят отжиг. После такой обработки прочность швов равна прочности основного металла. При сварке необходимо обращать внимание на то, чтобы в изделии возникали минимальные сварочные напряжения для предотвращения коррозии под напря­ жением.

^ Чистый никель можно сваривать без флюса, сплавы никеля— с флюсом, в состав которых не должен входить бор (бор образует легкоплавкие соединения, которые могут вызвать образование трещин в наплавленном металле, особенно при сварке сплавов, содержащих хром). При сварке никеля и его сплавов флюсы применяют главным образом для облегчения растворения окислов, защиты сва­ рочной ванны от действия окружающего воздуха и улучшения жидкотекучести металла. Флюсы в виде пасты наносят на присадочный пруток и свариваемый металл. При изготовлении пасты сухую смесь замешивают на воде или спирте. Составы наиболее распространенных флюсов приведены в табл. 9.

Сварка нихрома затрудняется образованием на поверхности ванны тугоплав­ кой пленки окиси хрома, которую удаляют механическим путем. Сварку произво­

дят с максимальной скоростью и без перерывов. Повторная и многослойная сварка вызывает трещины, значительный рост зерна и межкрнсталлитную коррозию в шве. Пламя должно быть слегка восстановительным, а его мощность соответ­ ствовать удельному расходу ацетилена 50—70 л/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. В качестве присадочного прутка применяют проволоку того же состава, что и состав свариваемого металла. При сварке применяют флюс-пасту К°. 6. После отжига предел прочности сварного соединения из нихрома, выполненного ацетилено-кислородной сваркой, равен 35—45 кгс/мм2.

9. Состав флюсов для газовой сварки никеля и никелевых сплавов, %

Сварные соединения из никеля, выполненные газовой сваркой, имеют предел прочности, равный 26—32 кгс/мм2, и угол загиба 90—120° для соединения толщи­ ной до 10 мм, что значительно ниже соответствующих показателей для основного металла. Механические свойства швов при газовой сварке приведены в табл. 13.

Р учная дуговая с в ар к а

Ручную дуговую сварку применяют в основном для листов толщиной свыше 1,5 мм и осуществляют электродами с качественным, чаще всего основным, покры­ тием на постоянном токе обратной полярности. Для предупреждения перегрева электрода и получения возможно меньших напряжений в сварном соединении при сварке используют ток, понижен­

направления сварки, за исключением сварки на подъем. Поперечные колебания электрода не должны превышать трех диаметров электрода. Вертикальные швы на металле толщиной до 2,5 мм лучше сваривать на спуск.

Зазор между свариваемыми кромками должен быть 2—3 мм. Листы следует жестко закреплять. Рекомендуется вести сварку по возможности за один проход. При больших толщинах, где многопроходная сварка неизбежна, необходима

ные сварные соединения при сварке не только никеля Н-1, но и никеля Н-2. Указанные электроды обеспечивают получение металла швов, стойкого против образования пор и трещин, с высокими прочностными и коррозионными свой­ ствами. Указанные электроды могут быть изготовлены методом опрессовки или окунания. Компоненты покрытия готовят в обычном для изготовления электро­ дов порядке.

В некоторых случаях для сварки никеля и монеля можно использовать элек­ троды с покрытием УОНИ-13/45. Однако в этом случае наблюдается повышенная склонность металла швов к пористости. Согласно ГОСТ 10052—75 для сварки некоторых никелевых сплавов предусмотрены электроды типов Э-08Н60Г7М7Т, Э-08Х25Н60М10Г2 и Э-02Х20Н60М15ВЗ. Для сварки никелехромистых сплавов ХН78Т (ЭИ435) и ХН77ТЮР (ЭИ437Б) используют электроды ЦТ-28, а сплавов ХН80ТБЮ (ЭИ607), ХН80ТБЮА (ЭИ607А), ХН70ВМТЮ (ЭИ617) и ХН75МВЮ (ЭИ827) — электроды ИМЕТ-4, ИМЕТ-7, ИМЕТ-4П, ВИ-2-6. После сварки для снятия остаточных сварочных напряжений рекомендуется соответствующая тер­ мическая обработка. Механические свойства швов приведены в табл. 13 и 14.

Сварка под флюсом и электрошлаковая сварка

Требования к подготовке поверхности листов и электродной проволоки для сварки под флюсом такие же, как и при ручной дуговой сварке. При сварке ни­ келя и никелевых сплавов состав элек­

швами небольшого сечения. Это пред­ определяет применение электродных проволок небольшого диаметра (2—3 мм).

Из-за высокого электрического сопротивления высоконикелевых электродных проволок и повышенного коэффициента их расплавления следует уменьшать вылет электрода в 1,5—2 раза по сравнению с вылетом электрода при сварке стальной проволокой. Механические свойства швов при сварке под флюсом и электрошлаковой сварке приведены в табл. 13—1G.

Аргонодуговая сварка

Аргонодуговая сварка является одним из распространенных способов соеди­ нения никеля и его сплавов, позволяющих получать в ряде случаев наиболее высокое качество, особенно на тонколистовом металле. Аргонодуговую сварку применяют и в тех случаях, когда остающийся в металле шва шлак и флюс сни­ жают его эксплуатационные свойства. При аргонодуговой сварке расплавлен­ ный металл в сварочной ванне надежно предохраняется от окисления защитной струей аргона, в результате чего обеспечивается постоянное и высокое качество сварных соединений.

Одним из средств предотвращения пористости при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом никеля, монелей и некоторых жаростойких сплавов