Износостойкость может достигаться и таким образом: одну деталь (например, вал) выполняют из материала высокой твердости, а другую (подшипник скольжения) — из мягкого антифрикционного (бронзы, баббита, металлокерамики и др.), в зависимости от условий экспл

Практическая работа №3

Тема: " Сварка титана и магния"

Цель работы: Приобрести практические навыки при изучении сварки титана и магния

Ход выполнения работы:

1. Ознакомление с теоретическими сведениями

2. Законспектировать материал по теме: «Сварка титана и магния»

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

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.

Главные достоинства этих материалов:

v Сочетание высоких механических характеристик и коррозионной стойкости с малой плотностью (4, 5 г/см³),

v Возможность получения высоких механических свойств при повышенных температурах,

v Пригодность для работы при очень низких температурах, вплоть до температуры жидкого азота,

v Сравнительно хорошая свариваемость,

v Малый коэффициент линейного расширения,

v Ненамагничиваемость,

v Высокой антикоррозионная стойкость,

v При удельной плотности в 4, 5 г/см³ титан и его сплавы имеют временное сопротивление от 45 до 150 кгс/мм².

v Замена стали титаном уменьшает массу изделий на 20 - 30%.

v Большинство сплавов обладают высокими технологическими характеристиками:

Ø достаточно пластичны,

поддаются обработке давлением без нагрева,

удовлетворительно свариваются.

Эти материалы по своим свойствам относятся к теплостойким. Использование сплавов на основе титана особенно эффективно по сравнению с коррозионно-стойкими сталями до температуры 300–350 º С, а с алюминиевыми сплавами – начиная с 200 º С. Общепризнанным температурным пределом применения большинства современных титановых сплавов в технике являются температуры порядка 500 º С, а при кратковременных воздействиях высоких температур этот предел может быть еще выше.

Для сварных изделий используется технический титан, содержащий примеси газов:

ü кислорода, азота, водорода ( марки ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ-1 ),

ü алюминия, хрома, молибдена, олова, ванадия, марганца, церия ( марки ВТ-5, ВТ5-1, ВТ6, ВТ8, ВТ 14 ).

Титан более активен по сравнению с алюминием к поглощению кислорода, азота и водорода в процессе нагрева. Поэтому при сварке технического гитана необходима особо надежная защита от этих газов. Такая защита осуществляется при дуговой сварке в инертных газах (аргоне, гелии) или флюсом-пастой, наносимой на кромки свариваемых частей соответствующим слоем. Институт электросварки им. Е. О. Патона разработал серию специальных флюсов-паст (от АН-ТА до АН-Т17А), которые по составу являются бескислородными фториднохлоридными. Дуговая сварка титана и его сплавов покрытыми электродами, угольной дугой, а также газовым пламенем не применяются. Этими видами сварки невозможно обеспечить высокое качество сварных соединений из-за слишком большой активности титана к кислороду, азоту и водороду.

Трудности при сварке титана:

v Высокая химическая активность титана при высоких температурах по отношению к активным газам (азоту, кислороду, водороду). Поэтому содержание этих газов должно строго ограничиваться:

- О₂ < 2 %,

- N₂< 0, 05 %,

- Н₂ < 0, 01 %.

v Большая склонность титана к росту зерна при нагреве до высоких температур и сложный характер фазовых структурных превращений. Результатом этого является снижение пластичности и возникновение большой неоднородности свойств сварного соединения,

v Титан и его сплавы не склонны к образованию горячих трещин.

В связи с этим необходимое условие получения качественных соединений, особенно при сварке плавлением, – обеспечение надежной защиты от газов не только сварочной ванны, но остывающих участков металла шва и околошовной зоны, нагретых до температуры выше 350º С.

Сварку сплавов различных классов необходимо вести на режимах, обеспечивающих наиболее оптимальный интервал скоростей охлаждения, при которых степень снижения пластических свойств оказывается наименьшей. Исходя из этого α -сплавы целесообразно сваривать на режимах с минимальной погонной энергией, для (α +β )-сплавов рекомендуются мягкие режимы с малыми скоростями охлаждения и для β -сплавов – режимы, обеспечивающие высокую скорость охлаждения.

Титан и его сплавы не склонны к образованию горячих трещин. Это обусловлено благоприятным сочетанием физико-химических свойств титана и его сплавов, а именно малой величиной литейной усадки в сочетании с повышенной прочностью и пластичностью в области высоких температур. При сварке в большинстве случаев используют электродную проволоку, по составу аналогичную основному металлу.

Одним из основных дефектов металла шва при сварке титана его сплавов является пористость. Часто встречается также образование холодных трещин, возникающих при пониженной пластичности, вследствие насыщения металла газами, в первую очередь водородом, причем холодные трещины в таких соединениях могут образовываться при хранении сварных конструкций.

С целью предупреждения пор при сварке титана и его сплавов используют различные способы, которые можно разделить на три группы:

1. Уменьшение количества адсорбированной влаги на кромках свариваемых деталей и поверхности сварочной проволоки, а также соз-дание условий для удаления влаги из зоны сварки до формирования сварочной ванны;

2. Использование режимов сварки, обеспечивающих наиболее полное удаление из сварочной ванны водорода;

3. Связывание и интенсификация выделения водорода из свароч-ной ванны с использованием флюсов.

Снижение количества адсорбированной влаги достигается за счет повышения чистоты обработки, а также регламентации условий и срока хранения подготовленных к сварке деталей. Другим направлением снижения пористости из-за адсорбированной влаги может быть предотвращение формирования замкнутых полостей в зоне стыка. Это достигается при сварке с гарантированным зазором. Наиболее эффективное предотвращение пор при сварке титана и его сплавов достигается при использовании флюсов на основе галогенов. При аргонодуговой сварке флюсом покрывают торцовые поверхности свариваемых кромок тончайшим слоем в виде пасты, замешанной на спирте.

Для соединения деталей из титановых сплавов применяют основные способы сварки плавлением (дуговую с местной или общей защитой в инертных газах, под флюсом, электрошлаковую и др. ). При сварке в атмосфере инертных газов неплавящимся и плавящимся электродами используют аргон высшего сорта или гелий. При сварке с местной защитой используют различные насадки, обеспечивающие защиту основного металла, нагретого свыше температуры 400 º С. Защита создается не только с лицевой стороны детали, но и с обратной стороны соединения. Для этого используют подкладки из пористого материала или специальных конструкций, обеспечивающих подвод газа с нижней стороны шва. Наиболее стабильной защитой является общая защита. О качестве защиты зоны сварки можно судить по внешнему виду сварных соединений. При хорошей защите поверхность металла в зоне сварки имеет серебристый цвет. При недостаточной защите появляются цвета побежалости, а при плохой – серые и бурые налеты.

Титан более активен по сравнению с алюминием к поглощению кислорода, азота и водорода в процессе нагрева. Поэтому при сварке технического гитана необходима особо надежная защита от этих газов. Такая защита осуществляется при дуговойсварке в инертных газах (аргоне, гелии) или флюсом-пастой, наносимой на кромки свариваемых частей соответствующим слоем. Институт электросварки им. Е. О. Патона разработал серию специальных флюсов-паст (от АН-ТА до АН-Т17А), которые по составу являются бескислородными фториднохлоридными. Дуговая сварка титана и его сплавов покрытыми электродами, угольной дугой, а также газовым пламенем не применяются. Этими видами сварки невозможно обеспечить высокое качество сварных соединений из-за слишком большой активности титана к кислороду, азоту и водороду.

Технический титан соединяют:

ü аргонодуговой,

ü дуговой под флюсом

ü и некоторыми видами сварки давлением (например, диффузионной).

Для сварки под флюсом применяют бескислородные фторидные флюсы серии АНТ. Марку флюса выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла. Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности и выполняют на медной, флюсо-медной подкладке или флюсовой подушке. Флюс перед сваркой прокаливают при температуре 200–300 º С.

При электрошлаковой сварке титана и его сплавов для швов небольшой протяженности используют пластинчатые электроды толщиной 8–12 мм и шириной, равной толщине свариваемого металла, пластинчатый электрод выполняют из металла, по химическому составу аналогичному составу свариваемого металла.

Сварные соединения, выполненные электрошлаковой сваркой, имеют крупнокристаллическую структуру. Однако в большинстве случаев и прочностные свойства близки к основному металлу при хорошей пластичности.