СВАРКА МЕТАЛЛОВ VI А ПОДГРУППЫ (ХРОМА, МОЛИБДЕНА И ВОЛЬФРАМА)

Соединения из этих тугоплавких металлов, вы­полненные сваркой плавлением, при нормальной темпе­ратуре малопластичны и имеют по сравнению с основ­ным металлом пониженную прочность. Например, вре­менное сопротивление соединения из тонколистового тех­нически чистого хрома (Ь = 1-Е2 мм) не превышает 300 МПа (основного металла 400 МПа) при относитель­ном удлинении не более 7%. Поэтому технически чистые металлы VIA подгруппы не применяют для изготовле­ния конструкций методом сварки плавлением, так как при практически достижимом даже наиболее низком уровне примесей-газов в шве невозможно обеспечить достаточную пластичность сварных соединений с харак­терным для них крупнокристаллическим строением и устранить склонность к образованию холодных трещин. Свариваемые сплавы обычно легируют элементами, уменьшающими вредное влияние примесей на сварные швы (например, раскислителями — титаном, цирконием и др.) и улучшающими их структуру (например, рени­ем).

Для сварных конструкций - наиболее приемлемы спла­вы, полученные вакуумно-дуговой и электронно-лучевой плавкой. Сплавы, изготовленные методом порошковой металлургии, практически непригодны для этой цели, так как сварные швы на таких сплавах весьма склонны к образованию трещин и пор. Исключение представляют сплавы па основе вольфрама. Порошковые сплавы тако­го типа обеспечивают получение швов более стойких про­тив возникновения трещин, чем плавленые. Для устра­нения склонности сварных соединений из вольфрама и его сплавов к образованию холодных трещин рекоменду­

ется применять предварительный подогрев свариваемых деталей до 700—1000 К.

Современная металлургия располагает многими сред­ствами, чтобы получать тугоплавкие металлы и сплавы на их основе с достаточно низким содержанием приме­сей-газов. Например, молибденовые сплавы ТСМ-3, ЦМ6, ЦАНО и др. содержат кислород—наиболее охруп - чивающую пржмесь — в количествах 0,003 % по мае. По уровню содержания примесей внедрения данные сплавы должны быть отнесены к группе удовлетворительно сва­ривающихся. Однако сварные соединения из таких спла­вов могут отличаться крайней неоднородностью механи­ческих свойств и проявлять большую склонность к хруп­кому разрушению.

Многочисленные исследования, выполненные в по­следние годы, показали, что свойства сварных соедине­ний и особенно низкотемпературная пластичность (т. е. показатель их склонности к переходу из пластичного в хрупкое состояние) в значительной степени определяют­ся свойствами основного металла. Для обеспечения до­статочно высокой пластичности сварного соединения, особенно при низких температурах, необходимо, чтобы основной металл имел однородную исходную структуру и достаточно высокую стойжость против перехода в хруп­кое состояние. Это может быть достигнуто выбором наи­более благоприятных условий предварительной горячей обработки свариваемого металла (например, режима прокатки для листовых сплавов), а также термообработ­ки его перед сваркой (например, для молибденовых сплавов при температуре 1400—1800 К в зависимости от их состава). Для обеспечения наилучшего комплекса свойств сварных соединений из листовых сплавов на основе металлов VIA подгруппы следует выбирать на­правление сварки по отношению к направлению прокат - рения склонности сварных соединений из вольфрама и ки. Для молибденовых сплавов, например, рекоменду­ется принимать угол между направлением сварки и на­правлением прокатки, равным 90°.

В связй с повышенной чувствительностью сплавов на основе металлов VI А подгруппы к примесям особо вы­сокие требования предъявляются к подготовительным операциям перед сваркой. Большое внимание следует уделять подготовке поверхности торцов свариваемых кромок. Прежде всего необходимо учитывать следующие специфические особенности сплавов хрома, молибдена и вольфрама: образование поверхностных трещин при механической обработке сплавов хрома, склонность к •расслоению деформированных сплавов молибдена и край­не высокую твердость вольфрамовых сплавов. Наилуч­шие результаты обеспечивает подготовка кромок абра­зивными камнями и электроэрозионной (электроискро­вой) обработкой. Последний способ наиболее часто применяют для производства заготовок сложной формы из сплавов вольфрама. Необходимое условие получения качественных сварных соединений — точность сборки стыка. Так, при сварке труб из молибденовых сплавов рекомендуется допускать смещения кромок не более ±50 мкм. Для тонколистовых деталей допускается от­клонение по толщине кромок не более ±75 мкм. Сборка деталей под сварку производится в особо точных при­способлениях. Оснастка должна обеспечивать плотный прижим свариваемых кромок как к подкладке, так и друг к другу. Для уменьшения сварочных деформаций необходим достаточный теплоотвод.

Непосредственно перед сваркой поверхности свари­ваемых кромок следует очистить от загрязнений. Основ­ной метод очистки поверхности изделий из молибдено­вых и вольфрамовых сплавов — химическое травление. Рекомендуются травители следующих составов (об. %):

для молибденовых сплавов: H2SO4—95; HNO3— 4,5; HF — 0,5; на 0,001 м3 раствора добавляют 0,02 кг Сг203; травление при 333 К, 30 с; после травления кромки де­талей промывают в воде и просушивают; непосредствен­но перед сваркой кромки обезжиривают и обезвожива­ют этиловым спиртом или ацетоном; для вольфрамовых сплавов (об. %): HF — 90; HNO3—10, после травления рекомендуется дегазация кромок в вакуумной печи (ва­куум 0,001 Па) при температуре 1370 К.

При дуговой сварке молибденовых сплавов в камерах с контролируемой атмосферой предварительно до запол­нения камеры инертным газом создается вакуум 0,01 Па. Допускается следующее содержание примесей в защитт ной сварочной атмосфере (об. %): 02— 0,0001; N2 —

0, 01. Пока еще отсутствуют обоснованные данные о тре­бованиях, предъявляемых к составу защитной атмосфе­ры при сварке сплавов на основе хрома и вольфрама. В качестве ориентировочных можно принимать допуски по содержанию 02 и N2, приведенные для молибденовых

Ориентировочные режимы механизированной сварки тонколистовых деталей из сплавов хрома, молибдена и вольфрама неплавящнмся электродом в среде гелия и аргона

Сплав

Толщина метал­ла, мм

Скорость сварки, см/с

Сварка

в гелии

Сварка

в аргоне

Сварочный ток, А

Напряжение дуги, В

Сварочный ток, А

Напряжение дуги, В

0,3

65

18

80

10

0,6

90

17

ПО

10

1,1

150

17

170

12

2,2

190

18

210

12

Хрома

0,3

135

18

150

10

0,6

200

17,5

220

10

1,1

240

17,5

265

12

2,2

290

18

315

12

0,3

120

17,5

135

10

і

0,6

140

18

160

12

1.1

180

18

230

12

2,2

240

17,5

330

10

Молибдена

0,3

225

18

240

10

2

0,6

270

18

300

10

0,8

320

17,5

350

12

0,3

170

18,5

___

0,6

190

20

230

10

1,1

230

20

2,2

340

21

Вольфрама

0,3

280

17

.

-

2

0,8

320

19

360

12

2,0

470

20

сплавов. Перед заполнением камеры инертным газом не­обходима такая же вакуумная подготовка камеры и трубчатой газоподводящей системы, как для металлов

V А подгруппы.

В сварных конструкциях из тугоплавких металлов

VI А подгруппы, как и из металлов V А подгруппы, наи­более распространенным типом соединения при сварке плавлением является стыковое без разделки кромок. Как правило, сварку соединений из тонколистовых сплавов выполняют без присадки. При дуговой сварке сплавов толщиной более 4 мм в качестве присадочного металла

Ориентировочные режимы сварки тонколистовых молибденовых сплавов плавящимся электродом (диаметр проволоки 1 мм)

Толщина

детали,

мм

Сварочный

ток,

А

Напряжение

ДУГИ,

В

Скорость, см/с

Число

проходов

подач и проволоки

сварки

3

1

470

32

1 1 1.7

0,8

6,5

2

440

30

1,4

0,8

используют проволоку того химического состава, что и основной металл (табл. 29).

Молибденовые сплавы можно сваривать плавящимся электродом в среде гелия на постоянном токе обратной полярности (табл. 30). Для стабилизации процесса свар­ки на поверхность молибденовой проволоки диаметром 1 мм наносят покрытие — хлористый цезий.

При сварке плавлением тугоплавких металлов и их сплавов, особенно металлов VIА подгруппы, предпочте­ние отдают электронно-лучевой сварке. Это связано не только с тем, что при ЭЛС удается осуществить наибо­лее совершенную защиту зоны сварки.

Преимущества ЭЛС заключаются еще и в том, что при таком способе сварки, по сравнению с дуговой свар­кой неплавящимся электродом, шов и околошовная зона имеют значительно меньшую ширину (табл. 31).

Для электронно-лучевой сварки молибденовых и вольфрамовых сплавов (табл. 32) в камере создается

Таблица 31

Размеры шва и околошовной зоны при сварке молибдена толщиной 3 мм

• Сварка

Ширина, мм

©бщая ширина участков соединения, в“ которых произошли структурные изменения, мм

около-

шовиой

зоны

шва

Дуговая неплавящимся электродом Электронно-лучевая

2,1

0,8

4,2

1,5

8,4

3,1 J

вакуум 0,005 Па. Исключение представляет хром и сплавы на его основе, для которых такое разрежение недостаточно. Это объясняется тем, что хром в вакууме сильно возгоняется. Этот процесс не наблюдается, если сварку производить при давлении в камере не выше 0,0007—0,001 Па. На рис. 29 показана горловина из мо-

;i либденового сплава 6 = 1,5 мм, 4 нием ЭЛС.

Диффузионную сварку і выполняют в камерах при I вакууме 0,005 Па. Рекомен - дуемые режимы сварки: для молибденовых сплавов: тем - j пература сварки 1970 К, дав - ление 0,8 МПа, время свар­ім ки 5 мин; для вольфрамо - ; вых сплавов: температура

j сварки 2470 К, давление 19,6 МПа, время сварки ;} 15 мин.

В связи с необходимо - ] стью применения для диф - ! фузионной сварки тугоплав - •} ких металлов высоких тем - I иератур, для них эффекта-

І

1

Вен нагрев зоны соединения электронно-лучевым спосо­бом, с помощью специальных кольцевых пушек.

Процесс диффузионного соединения деталей из туго­плавких металлов можно ускорить путем применения промежуточных прослоек (вставок). Прослойки позво­ляют снизить температуру сварки, уменьшить давления, необходимые для сварки, а также сократить время свар­ки. Так, для молибденовых сплавов рекомендуются вставки из титана, никеля или меди; для вольфрамовых сплавов — из ниобия, никеля.

Диффузионным способом тугоплавкие металлы мож­но сваривать не только между собой, но и с другими ме­таллами (молибден со сталью, титаном, никелем и медью; вольфрам с молибденом и медью идр., табл. 33).

Молибден и вольфрам удовлетворительно сварива­ются трением в вакуумных камерах. Для сварки молиб­дена и особенно вольфрама требуются высокие скорости вращения (табл. 23).

Таблица 33

Режимы диффузионной сварки

Свариваемые металлы

Темпера­

тура

сварки,

К

Давление,

МПа

Время

сварки,

мин

Молибден со сталью

12Х18Н9Т

1470

9,8

15

Молибден с никелем Молибден с медыо

(прослойка из

1220

7,0

20

никеля)

Вольфрам с медью

(прослойка из

1270

15,2

25

никеля)

1220

15,8

30

Тонколистовой молибден можно соединять точечной сваркой (табл. 34). Данные табл. 24 и 34 показывают, что режимы точечной сварки тугоплавких металлов по сравнению с режимами для титана характеризуются по­вышенными токами и усилиями сжатия электродов. Ме­ханические свойства точечных соединений на молибдене улучшаются при использовании тонких прокладок из никеля, титана или циркония, помещаемых между свари­ваемыми листами. Молибденовые сплавы сваривают то­чечным способом с никелем, танталом, коррозионно - стойкой сталью.

Ориентировочные режимы точечной сварки молибдена

Толщина

металла,

мм

Радиус Сферы электрода, мм

Сварочный

ток.

А

Усилия сжатия электродов, кН

0,3+0,3

30

7500

2,5

1,0+1,0

50

11 000

4,0

1,5+1,5

75

14 500

5,5

При точечной сварке тугоплавких металлов в зоне контакта медного электрода с поверхностью сваривае­мой детали развиваются температуры, намного превы­шающие температуру плавления материала, из которого изготовлен электрод. Это приводит к оплавлению элек­трода и нарушению процесса сварки. Применяют разные приемы для предотвращения схватывания медного электрода с поверхностью детали: усиленно охлаждают медный электрод; используют составной электрод, нако­нечник изготовляют из вольфрама; применяют прослойки между электродом и свариваемой деталью (например, из молибдена). Для точечной сварки тугоплавких ме­таллов используют стандартные машины, например типа МТП, МТИП и др.

Оставить комментарий