10.1.3. Сварка титана и его сплавов

10. 1. 3. Сварка титана и его сплавов

 

Титановые сплавы являются сравнительно новыми конструкционными материалами. Они обладают рядом ценных свойств, обусловливающих их широкое применение в авиационной промышленности, ракетостроении, судостроении, химическом машиностроении и других отраслях производства. Главное достоинство этих материалов – сочетание высоких механических характеристик и коррозионной стойкости с малой плотностью (4, 5 г/см³). Титан получил широкое применение благодаря своим особым свойствам: малой плотности, высокой температуре плавления (1665^оС), высокой коррозионной стойкости во многих агрессивных средах, высокой прочности.

Высокое электрическое сопротивление и низкая теплопроводность создают условия, при которых для сварки титана затрачивается значительно меньше электроэнергии, чем при сварке алюминия и даже стали. Кроме того, титан маломагнитен, и поэтому значительно снижается влияние магнитного дутья. Основной трудностью сварки титана и его сплавов является большая химическая активность титана при высоких температурах к кислороду, азоту и водороду. Поэтому для получения качественных соединений при сварке необходима хорошая защита от взаимодействия с атмосферой не только сварочной ванны, но и всей зоны металла, нагретого выше 500^оС.

Подготовку кромок к сварке производят травлением раствором, состоящим из 350 см³ соляной кислоты, 50 см³ плавиковой кислоты и 600 см³ воды. Допускается механическая обработка кромок до металлического блеска с последующим обезжириванием.

Сварка производится в защитных газах ручным и механизированным способом неплавящимся электродом и титановой проволокой, а также под флюсом.

Ручная аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом производится постоянным током прямой полярности. Сварочный ток при толщине металла 0, 5…4, 0 мм составляет 40…170 А, вылет вольфрамового электрода – 6…8 мм, длина дуги – 1…2 мм. Расход аргона составляет 20…25 л/мин. При автоматической сварке в аргоне применяют титановую сварочную проволоку диаметром 1, 5…3, 0 мм.

При сварке под флюсом необходима защита обратной стороны шва хорошо подогнанными стальными или медными подкладками, также применяются остающиеся титановые подкладки.

Во время сварки используются бескислородные фторидно-хлоридные флюсы марки АН-Т различного назначения. Вылет электродной проволоки должен быть не более 20…25 мм, а высота слоя флюса – не менее вылета электрода. Шлак со шва удаляют после охлаждения металла до температуры ниже 400^оС.

Титан и его сплавы ручной дуговой сваркой не свариваются из-за недостаточной защиты зоны сварного соединения от окисления.

 

10. 1. 4. Сварка никеля и сплавов на его основе

 

Никель и никелевые сплавы, содержащие 55% Ni и более, являются важнейшими конструкционными материалами благодаря их высокой коррозионной стойкости, жаростойкости, жаропрочности, пластичности при низких и высоких температурах, длительной прочности.

Технический никель выпускается несколько марок по ГОСТ 849-97 с содержанием чистого никеля от 99, 99% (марка Н0) до 97, 6% (марка Н4). Небольшие добавки марганца, кремния, углерода и других элементов, содержащихся в техническом никеле, вводят как раскислители и десульфураторы. Наиболее распространены сплавы Ni c Cu, Cr, Mo, Al, Fe, Ti, Be.

Условно никелевые сплавы делятся на четыре группы: конструкционные, термоэлектродные, жаростойкие и с особыми свойствами.

К конструкционным сплавам относят сплавы на медно-никелевой основе [монель, мельхиор, нейзильбер и др. (ГОСТ 492-73)]. Конструкционные сплавы (например, монель                     НМЖМц28-2, 5-1, 5) обладают высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью. Термоэлектродные сплавы (хромель, копель, алюмель, манганин, константан) отличаются высокой электродвижущей силой, с большим электросопротивлением при малом температурном коэффициенте электросопротивления. Жаростойкие сплавы, легированные хромом и железом, используют для изготовления электронагревательных элементов (например, сплав нихром). Сплавы с особыми свойствами: магнитными – пермаллой; упругими – инвар 36Н, ковар 29НК.

При нагревании никель взаимодействует с O₂, S, P, C, Se, Sb, Si, B.

Особенности сварки никеля и его сплавов обусловлены следующими факторами:

1. 
   В жидком состоянии никель хорошо растворяет кислород, азот и водород. При затвердевании растворимость этих газов резко снижается.

Рис. 10. 1. Растворимость водорода в никеле в зависимости от температуры

 

При попадании этих газов в сварочную ванну могут проходить реакции типа:

 

NiO + 2H → Ni + H₂O;

NiO + C → Ni + CO

Продукты этих реакций вызывают образование пор. Азот в сварочной ванне образует нестойкие нитриды Ni₃N и газовую фазу, создающую поры. Поэтому при сварке необходимо обеспечить качественную защиту металла от атмосферного воздуха, хорошее раскисление и дегазацию ванны. Легирование шва Ti, Cr и V уменьшает пористость, а Mn, C, Si, Fe – увеличивает пористость. Рекомендуют выполнять сварку короткой дугой.

2. При сварке никеля металл шва обладает большой склонностью к образованию кристаллизационных трещин. Главной причиной горячих трещин является образование по границам кристаллов легкоплавких эвтектик NiS + Ni (Т_пл = 645^оС) и Ni₃P + Ni (Т_пл = 880^оС). Для предотвращения образования кристаллизационных трещин ограничивают содержание в основном металле и в сварочных материалах серы и фосфора до 0, 005 %. Для связывания серы в тугоплавкие соединения металл шва легируют до 5% Mn, до 0, 1% Mg, до 0, 05% Li.

3. Для предотвращения образования крупнозернистой структуры металла шва рекомендуют: сварку производить на ограниченной погонной энергии, в металл шва вводить модификаторы (Ti, Al, Mo), измельчающие структуру, при многопроходной сварке последующие слои накладывать после полного охлаждения предыдущих слоёв.

4. Никель обладает меньшей, чем сталь, жидкотекучестью, и проплавляется на меньшую глубину. Поэтому при подготовке заготовок к сварке целесообразно увеличивать глубину и угол разделки кромок.

5. Ввиду различия химического состава и структуры металла шва и основного металла сварные соединения некоторых никелевых сплавов, особенно с Cr и Mo, имеют существенную неоднородность физико-химических свойств и проявляют склонность к межкристаллитной коррозии. Для таких сплавов рекомендована послесварочная термическая обработка (нагрев до 700…800^оС с последующим охлаждением на воздухе или в воде).

Перед сваркой кромки и прилегающие к ним участки на расстоянии 20…30 мм тщательно зачищают механическим путём до металлического блеска для удаления поверхностного налёта, содержащего серу, окисной плёнки, затем обезжиривают. В ряде случаев плёнку оксидов удаляют травильным раствором, содержащим азотную, серную и соляную кислоту.

Газовую сварку используют ограниченно для получения соединений на никелевых и медно-никелевых сплавах. При ацетиленокислородной сварке устанавливается нормальное пламя, так как избыток кислорода или избыток ацетилена вызывают пористость, хрупкость металла шва. Для сварки никеля используют присадочную проволоку того же химического состава, что и основной металл, или с легированием небольшим количеством марганца, магния, кремния и титана. Чистый никель можно сваривать без флюса, а сплавы – с флюсом, не содержащим бор. Показатели механических свойств сварных соединений из никеля, полученных газовой сваркой, существенно ниже показателей основного металла.

Дуговую сварку угольным электродом используют только для тонкого метала с обязательным применением флюса на борной основе и присадочных прутков марки НМц 2, 5. В отдельных случаях для улучшения качества шва во флюс добавляют небольшое количество порошка алюминия, феррованадия, ферротитана.

Ручную дуговую сварку покрытыми электродами для листов толщиной более 1, 5 мм осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Для сварки никеля используют электроды «Прогресс-50» со стержнем из проволоки НП1 и ОЗЛ-22 со стержнем                 НМцАТК-1-1, 5-2, 5-0, 15. Металл толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок, а металл толщиной более 4 мм – с разделкой кромок.

Ограниченное применение находят другие электроды для сварки никеля: П-2Н4, предназначенные для ремонтных работ; НС-1 и НР-1, рекомендуемые для сварки и ремонта только конструкций, работающих без давления с температурой стенки до 100^оС в растворах щелочей. Электроды характеризует повышенное (НС-1 до 0, 15%) и высокое (П-2Н4 до 0, 4%; НР-1 до 0, 38%) содержание углерода в наплавленном металле.

Только одну марку электродов – В56У выпускают централизованно. Её применяют и для сварки никелемедного сплава НМЖМц-28-2, 5-1, 5.

Для предупреждения перегрева электрода и получения меньших остаточных напряжений при сварке используют ток, пониженный по сравнению с током при сварке сталей и пониженную скорость сварки.

Сварку рекомендуют вести в нижнем положении короткой дугой для уменьшения угара стабилизирующих и раскисляющих элементов, содержащихся в электродной поволоке. Продольные колебания конца электрода способствуют удалению газов и получению более плотных швов.

При автоматической дуговой сварке никеля и никелевых сплавов под флюсом требования по подготовке такие же, как при ручной дуговой сварке. Состав электродной проволоки подбирается близким к составу основного металла. Для сварки используют низкокремнистые основные или бескислородные фторидные флюсы ЖН-1, АНО-1, АНФ-22, 48-ОФ06, АНФ-5.

В ряде случаев для никеля используют керамические флюсы, например марки ЖН-1 (мрамор 12%, плавиковый шпат 60%, глинозём 15%, марганец 5%, титан 2%, алюминий 6%, жидкое стекло 20% к массе сухой шихты) и проволоки из никеля марок Н-0, НП-1 и НП-2. При использовании проволоки НМц 2, 5, вносящей в сварочную ванну достаточное количество раскислителей, следует применять флюсы без раскислителей.

Для предупреждения роста зерна сварку стремятся вести швами небольшого сечения. Ввиду высокого электросопротивления проволоки вылет электрода устанавливают в 1, 5…2 раза меньше, чем при сварке низколегированной стальной проволокой.

Сварка производится на постоянном токе обратной полярности. Лучшие результаты получаются при использовании сварочных автоматов с зависимой от напряжения дуги подачей электродной проволоки. Ввиду нежелательности перегрева основного металла сварку стремятся выполнять швами небольшого сечения. Для сварки используют электродные проволоки небольшого диаметра (2…3 мм).

Сварка в среде защитных газов никеля и никелевых сплавов обеспечивает высокое качество сварных соединений, отвечающих эксплуатационным требованиям. Дуговую сварку вольфрамовым электродом выполняют на прямой полярности с применением аргона первого сорта и без присадочного или с присадочным (чаще всего проволока НМц 2, 5) металлом. Сварку рекомендуют проводить на медной подкладке или с защитой корня шва аргоном, с соплами горелок, как при сварке титана. Сварку никеля осуществляют при минимально возможной длине дуги, повышенной силе тока и повышенной скорости сварки.

При ручной сварке применяют «левый» способ. Наклон горелки к оси шва должен быть 45…60^о, вылет вольфрамового электрода – 12…15 мм. Присадочный металл подают под углом 20…30^о к оси шва. При многопроходной сварке последующие швы необходимо накладывать после полного охлаждения, зачистки и обезжиривания предыдущих слоёв. Швы, обращённые к агрессивной среде, выполняют в последнюю очередь. Начинать и заканчивать сварные швы необходимо на технологических планках. Для предотвращения образования трещин в кратере заканчивают сварку с уменьшением сварочного тока.

 

 

⇐ Предыдущая29303132333435363738Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: