книги / Сварка в машиностроении. Т. 2

Для тонколистового металла (^2 ,5 мм) целесообразно применять импульсную сварку (табл. 11) без присадочной проволоки. Разработана плазменная сварка (табл. 12) листов титана малой (0,025—0,5 мм) и средней (0,5—12,5 мм) толщины и многослойная сварка плоских листов (толщиной св. 12 мм). По сравнению с аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом плазменная сварка характе­ ризуется более высокой производительностью, меньшим короблением (деформация на 1/2—•1/8 меньше). Механические свойства титана при плазменной сварке близки к свойствам, полученным при аргонодуговой сварке. Основной трудностью при плазменной сварке по сравнению с аргонодуговой являются более жесткие требо­ вания к качеству сборки в связи с характерным грибообразным проплавлением. Процесс сварки тонколистового металла лучше осуществлять внутри микрокамер. Благодаря этому обеспечивается надежная защита зоны сварки при малом расходе инертного газа. При высоком качестве основного и присадочного материала, соблюдении условий защиты и оптимальных режимах сварки вольфрамовым электродом механические свойства сварных соединений титана и его сплавов (табл. 13) близки к свойствам основного металла. Лучшие свойства достигаются при автоматизированных методах сварки.

12. Режимы сварки сжатой дугой сплава ОТ4 (стыковое соединение)

13.Механические свойства основного металла и сварных соединений, выполненных автоматической аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом без присадочного материала

Сварку плавящимся электродом в среде инертных газов применяют для стыко­ вых, тавровых и нахлесточиых соединений из металла толщиной более 4 мм в ниж­ нем положении. Сварку следует производить при обратной полярности на режи­ мах, гарантирующих струнный перенос металла (табл. 14). При сварке в аргоне наблюдается меньшее разбрызгивание металла; больше глубина проплавления, меньше ширина шва и площадь проплавления, чем при сварке в гелии. Однако форма зоны проплавления при сварке в гелии более благоприятна, чем в аргоне. Лучшее формирование шва и стабильность процесса достигаются при использо-. вании смеси из 80% гелия и 20% аргона. При полуавтоматической сварке приме­ няют проволоку диаметром до 2 мм. При автоматизированной сварке стыковых и угловых соединений используют проволоку диаметром 2—5 мм. Способы защиты, материалы, приборы, сварочная оснастка в основном те же, что и при сварке вольфрамовым электродом. Механические свойства приведены в табл. 15.

14. Режимы сварки титана плавящимся электродом в среде защитных газов

варгоне.

15.Механические свойства сварных соединений титана и титановых сплавов больших толщин, выполненных аргонодуговой сваркой К1

Сварка под флюсом [14, 18, 20|. Основным преимуществом сварки тигана под флюсом является высокая производительность процесса. Этим способом можно выполнять стыковые, угловые и иахлесточные швы при толщине металла 3 мм и больше. Защиту обратной стороны шва осуществляют применением остающейся или флюсомедной подкладки или флюсовой подушки. Сварку можно производить с использованием стандартной сварочной аппаратуры; ток постоянный обратной полярности. Применяют бескислородные флюсы АН-Tl; АН-ТЗ, АН-Т5, АН-Т7

системы CaF2 ВС12 — NaF. Ллюс перед употреблением необходимо высушить при 200—300°С. Содержание влаги во флюсе не должно превышать 0,05%. Высота слоя флюса должна быть не меньше вылета электрода. Вьи*эт электродной прово­ локи следует ограничивать более строго, чем при дуговой сварке в среде инертных

В связи с особыми физико-химическими свойствами титановой электродной проволоки к полуавтоматам для сварки титана предъявляют следующие требо­ вания: конструкция наконечника должна обеспечить стабильность токопровода на небольшом вылете; из-за сравнительно большой жесткости титановой прово­ локи необходим небольшой изгиб направляющей трубки держателя; в связи с высоким коэффициентом трения титана целесообразно применять более мощные подающие механизмы. Для полуавтоматической сварки титана используют полу­ автоматы толкающего (А-732) и тянущего (ПШЛ-10) типов. Режимы сварки приведены в табл. 17. Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом позволяет получать высокие свойства сварных соединений и металла шва (табл. 18).

18. Механические свойства сварного соединения при сварке под флюсом сплава ОТ4

Электрошлаковую сварку титана [18, 26] применяют для соединений заготовок (поковок) и деталей толщиной свыше 40 мм. Сварку производят пластинчатым электродом [плотность тока 2,0—2,5 А/мм2; напряжение 13—17 В; толщина элек­ тродов (поковка, прокат) 9—18 мм; глубина шлаковой ванны 20—30 мм; зазор между кромками 24—28 мм], электродными проволоками (диаметром 3—5 мм) и плавящимся мундштуком. Используется специализированная (сварочные го­ ловки А-977, А-1494, устройство А-1022 и др.) и стандартная аппаратура, пере­ оборудованная применительно к сварке титана. Расплавленный основной и при­ садочный металл защищают тугоплавкими фторидными флюсами типа АНТ2, АНТ4, АНТ6 и дополнительно аргоном высшего сорта. Сварку производят пере­ менным током с минимальной погонной энергией, обеспечивающей устойчивый электрошлаковый процесс и необходимое проплавление свариваемых кромок. Используют источники типа ТПК-1000-3, ТПК-3000-1, ТПК-3000-3 с жесткой вольт-амперной характеристикой. Ориентировочные режимы сварки приведены в табл. 19 и 20. Механические свойства сварных соединений близки к свойствам основного металла (табл. 21). Недостаток сварки — крупнозернистая макро- и микроструктура, вызывающая понижение пластических свойств. Улучшение свойств достигается термической обработкой. Техника и технология сварки сплавов принципиально не отличаются от сварки технического титана.

19.Режимы электрошлаковой сварки титановыми проволочными электродами диаметром 5 мм

20.Оптимальные режимы электрошлаковой сварки титановым плавящимся мундштуком

Электронно-лучевая сварка титана [14, 18—22, 28] обеспечивает наилучшие условия защиты металла от газов. Высокая концентрация тепловой энергии позво­ ляет вести сварку на высоких скоростях при малой энергоемкости процесса и получать сварные соединения титана с малой шириной шва и зоны термического влияния. Металл шва имеет мелкозернистую структуру. Необходимым условием получения качественных сварных со­

2—60 мм проволоками диаметром 1,5—5,0 мм. Сварку плавящимся электродом производят на постоянном токе обратной полярности специализированными ува­ рочными головками в вакуумных камерах. Основным преимуществом вакуумно­ дуговой сварки является повышение пластичности сварных соединений по срав­ нению с другими методами сварки и с основным металлом. Это объясняется допол­ нительной очисткой металла шва при сварке и уменьшением в нем газов и неме­ таллических включений при расплавлении металла в вакууме. По этой же при­ чине несколько уменьшены пределы прочности и текучести металла шва. Пример­ ный режим сварки титана толщиной 50 мм с V -образной разделкой электродом диаметром 3 мм при поперечных колебаниях: сварочный ток 380—400 А; напря­ жение дуги 29—30 В; скорость сварки 15 м/ч; число проходов Г>; вакуум при сварке 1 • 10“3 мм рт. ст.

Сварка в вакууме полым неплавящимся электродом (полым катодом) отли­ чается высокой концентрацией энергии и по проплавляющей способности занимает промежуточное положение между сваркой плазмой и сваркой электронным лучом. Возможность ведения процесса в глубоком вакууме (10~3—10“6 мм рт.ст.) позволяет получать высококачественную защиту сварочной ванны и осуществлять сварку титана, циркония, ниобия, тантала, молибдена и их сплавов.' При сварке в горелку подается аргон в количестве 0,5—2,0 л/ч, что позволяет экономить инертный газ.

Контактная сварка [18, 28] обеспечивает получение качественных сварных соединений титановых сплавов при соблюдении технологии. Рекомендуемая под­ готовка свариваемых участков: удаление загрязнений ацетоном, протирка ве­ тошью, обработка в травителе (состава типа 30% НЫОя, 3% HF, 67% Н20), промывка в воде не менее 5 мин, обезжиривание, обезвоживание ацетоном и про­ тирка. В случае точечной сварки защита инертным газом не требуется благодаря плотному контакту и сжатию свариваемых деталей. Однако для шовной сварки

истыковой сопротивлением необходимо применять дополнительную защиту арго­ ном первого сорта. Благодаря высокому электрическому сопротивлению и малой теплопроводности титана контактная сварка последнего значительно облегчается

иможет выполняться на различных машинах средней мощности одно- и трехфаз­ ного переменного или постоянного тока. Титан по сравнению со сталями менее чувствителен к усилию на электродах и их геометрическим параметрам. Низкая

электропроводность титановых сплавов облегчает возможность многоэлектродной сварки. Параметры режима сварки чистого титана близки к параметрам режимов, используемых для коррозионно-стойких сталей. Ориентировочные режимы при­ ведены в табл. 22—24, а механические свойства — в табл. 25.

Сварка титана давлением [8, 9, 15, 16, 18, 28]. Диффузионную сварку титана производят в вакууме 1 10~3-М 0“4 мм рт. ст. при 800—1100°С, давлении 0,2— 1 кге/мм2 (в зависимости от площади образца) и длительности нагрева 1—10 мин (в зависимости от температуры).

Хорошее качество соединения получено, например, при режимах, указанных в табл. 26.

24. Ориентировочные режимы контактной стыковой сварки титана оплавлением

Значения ав, о_\ и Ô сварных соединений такие же, как и у основного металла. Для облегчения соединения при диффузионной сварке применяют промежуточные однослойные и многослойные покрытия и прокладки из более легкоплавких метал­ лов, образующих относительно низкотемпературные эвтектики непосредственно с титаном (Ti—Me—Ti, однослойное покрытие) или между разнородными метал­ лами (Ti—Мех—Ме2—Ti), образующими покрытие. Соединение деталей из титано­ вых сплавов диффузионной сваркой через промежуточную медную прокладку основано на использовании медно-титановой эвтектики, образующейся в зоне контакта при 870—890 °С (ниже температуры сварки). Для улучшения механичес-

ких свойств соединений после сварки следует применять изотермический отжиг, который снижает содержание меди в шве. В качестве промежуточной прокладки ложно использовать медную фольгу или напыленный слой меди. Оптимальными

давлением в жидкой среде в качестве теплоносителя можно использовать жидкие среды на основе расплавленных солей. При сварке титановых сплавов теплоносителем может служить смесь солей состава: 70% ВаС12+30% КС1 [8]. Оптимальные режимы сварки титановых сплавов приведены в табл. 27.

Применять сварку давлением в жидкой среде целесообразно при изготовлении сварных изделий из титановых сплавов в мелкосерийном производстве.

Сварка в режиме сверхпластичности [16] па сравнению с обычной сваркой постоянным давлением с подогревом позволяет в 4 раза снизить необходимое усилие, в 6—30 раз длительность сварки и на 50—150 °С температуру (табл. 28).

Сварка циркония и гафния

Цирконий и гафний являются аналогами титана по химическим свойствам

исвариваемости [3, 6, 7, 10, 18, 20, 28]. По зарубежным данным цирконий обладает малым сечением захвата нейтронов (0,18 барн), хорошей коррозионной стойкостью

ипрочностью, поэтому сплавы на его основе используют как конструкционный материал для технологических трубопроводов, ТВЭЛов и других деталей в ядериых энергетических установках на медленных нейтронах. Гафний, обладающий большим сечением захвата нейтронов (105 барн) и исключительной коррозионной стойкостью в воде и паре, применяется для контролирующих стержней в водо­ охлаждаемых реакторах [28].

Фазовые превращения в цирконии и гафнии и диаграммы состояния с леги­ рующими элементами сходны с превращениями для титана. Цирконий и гафний имеют две аллотропические модификации. Низкотемпературная а-модификация циркония, существующая до 862 °С, имеет ГПУ-решетку со следующими парамет­ рами при 25°С: а = 3,232 А; с = 5,147 А; а /с = 1,589. У высокотемпературной p-модификации, устойчивой от 862 СС до температуры плавления, — ОЦК-ре- шетка. Период решетки P-модификации при 870°С равен 3,610 А, при 20°С — 3,590 А.