' ' При выборе способов сварки для металлов и сплавов рассматриваемой группы исходят прежде всего из того, насколько надежно обеспечивается зашита зоны сварки и остывающее соединение от взаимодействия с газами атмосферы. Учитывают также особенности сое­динения металлов малых, средних и больших толщин.

Не все методы сварки, созданные для стали и ряда цветных металлов и сплавов, могут быть использованы для химически активных и тугоплавких металлов вслед­ствие указанных выше их специфических физико-химиче­ских свойств. Так, до настоящего времени для них не удалось применить способ дуговой сварки покрытыми

26 V ". '
(качественными) электродами, так как он не обеспечи­вает требуемой защиты зоны сварки.

Наиболее распространенный и универсальный способ сварки плавлением химически активных и тугоплавких металлов и сплавов —- дуговая сварка в среде инертных газов неплавящимся электродом — при условии исполь­зования удовлетворительно сваривающихся сплавов обеспечивает получение соединений, обладающих доста­точно высокими механическими свойствами. Качество соединений определяется в основном надежностью защи­ты и чистотой инертного газа. Свойства сварных соеди­нений практически не зависят от применяемого защит­ного газа — аргона или гелия. Между аргонодуговой (АДС) и гелиеводуговой (ГДС) сваркой различия в ос­новном технологические. Из-за особенностей дуги, горя­щей в среде гелия, ГДС обеспечивает повышенную те­пловую мощность дуги и благодаря этому более эффек­тивное проплавление основного металла. По сравнению с АДС при близких затратах погонной энергии ГДС обеспечивает увеличение глубины проплавления свари­ваемого металла. Поэтому для тугоплавких металлов во многих случаях отдают предпочтение сварке в среде ге­лия или смеси гелия с аргоном.

Для сварки используют инертные газы высокой сте­пени чистоты — аргон высшего или первого сорта и ге­лий высокой чистоты (табл. 10). Газы поставляют в бал-

Таблица 10 Защитные инертные газы Газ ГОСТ Сорт Содержание основного газа, об. % Аргон 10157—79 Высший 99,99 Первый 99,98 Гелий 20461—75 Высокой чисто* ты 99,985

лонах под давлением 14,7 МПа. Баллоны окрашены в цвета: для аргона — нижняя половина в черный цвет, а верхняя —в белый цвет, надпись на баллоне «Аргон

Чистый»; для гелия — в коричневый цвет. Стоимость ге* лия в несколько раз выше стоимости аргона

Для металлов, наиболее чувствительных к примесям - газам, и особо ответственных конструкций рекомендует­ся применять аргон высшего сорта или подвергать инертный газ дополнительной очистке. Так, пропускани­ем аргона через силикагель, например, марки КСМ (ГОСТ 3956—766) и алюмогель достигается очистка от влаги, а через титановую стружку или губку, нагретую до 1170—1270 К, — от кислорода и азота.

В зависимости от размеров и конфигурации свари­ваемых узлов и изделий могут быть применены разные способы защиты зоны сварки в среде инертных газов. Различают три основных способа, которые находят при­менение для химически активных тугоплавких металлов.

1. Сварка на воздухе со струйной защитой, осущест­вляемой непрерывным обдувом сварочной ванны и осты - j вающих участков соединения путем перемещения горел - ] ки с соплом и специальной удлиненной насадкой (рис. 6). (

Рис. 6. Горелка с удлинен­ной насадкой для механизи­рованной сварки:

/ — вольфрамовый электрод; 2 — защитный инертный газ; 3 — на­садка; 4 — истечение газа для защиты остывающего шва; 5 — свариваемое изделие

Характеристики некоторых горелок, применяющихся при ручной сварке неплавящимся электродом, приведены в табл. 11 (рис. 7). Так как при ручной сварке насадки могут затруднять наблюдение за формированием шва, их конфигурацию выбирают применительно к типам и рас­положению швов. Они могут иметь форму козырьков, коробочек и др. Ширину и длину насадки выбирают с

таким расчетом, чтобы обеспечить защиту всех участков сварного соединения вплоть до температур, при которых не происходит взаимодействие металла с газами атмо­сферы (670—770 К) •

Для механизированной сварки на токах до 250 А удовлетворительные результаты дают горелки, которыми укомплектованы автоматы АДСВ-2, АДСВ-5 и др. При сварке на более высоких токах (до 700 А) находят при­менение горелки других типов, например А-1272.

Рис. 7. Горелка АР-9 для ручной ар- гоиодуговой сварки неплавящимся электродом

Рис. 8. Защита обратной стороны (корня) шва:

/—горелка; 2 — присадочный металл; 3 — свариваемое изделие; 4 — раструб

Обратную сторону (корень шва) защищают с помо­щью специальных подкладок с отверстиями или растру­бов (рис. 8), продуваемых инертным газом. При неболь-

шой протяженности стыковых соединений можно ограни] читься плотным поджатнем кромок свариваемых дета] лей к медной или стальной подкладке. Защита корни шва при сварке труб или сосудов может быть достигну, та путем пропускания инертного газа внутрь изделия

2. Общая защита узла • камере с контролируемой атмосферой инертного газа, Герметичную камеру, изго­товленную из стали (рис. 9) или прозрачного пластика, с размещенным в ней изделий ем, подвергают вакуумир<>1 ванию (разрежение 0,1—і 0,01 Па), а затем заполняют инертным газом при неболы шом избыточном давлении») Сварка в камерах возможн! автоматически или вручнукя В последнем случае в стеи$ ках камеры размещают ой на, в которых закрепляют резиновые перчатки. Опера­тор, находясь вне камеры, выполняет сварку, продевай руки в перчатки.

В связи с увеличением размеров и массы конструкі ций из наиболее распространенного химически активно! го металла — титана и его сплавов — в последние год'! стали применять большие так называемые обитаемы* камеры с инертной атмосферой (например, «Атмосфбф ра»). Оператор выполняет сварку, находясь внутри камв ры в специальном скафандре. Камеры такого тип* оборудованы системами шлюзования, очистки инертноп! газа; обеспечения сварщика воздухом и др. Для преЧ дотвращения загрязнения швов вредными газами, кото* рыми обогащается инертный газ прн длительной, работу сварочные установки оборудуют измерительной аппаря турой, контролирующей содержание примесей в атмо( сфере камеры. В отечественной практике находят прй^ менение такие приборы, как «Байкал» (для определе! ния содержания влаги), «Циркон» (для установления содержания кислорода), хроматографы, напримел ЛХМ8МД (для комплексного определения кислорода' и водорода), прибор ИСП-51 (для спектрального опре­деления примеси азота) и др.

При сварке в камерах с контролируемой атмосферой достигается наиболее надежная защита, а в связи с этим и более стабильное качество сварных соединений. Поэтому такой способ является основным для всех хи­мически активных металлов, особенно для наиболее чув­ствительных к загрязнению примесями-газами (металлы V А и VI А подгрупп).

3. Защита только сварного соединения и узких участ­ков, прилегающих к нему, что достигается с помощью малогабаритных разъемных камер (рис. 10) (например,

Рис. 10. Малогабаритные накидные камеры для сварки титановых труб неплавящнмся электродом в среде инертных газов

при сварке кольцевых поворотных и неповоротных сты­ков труб). Заполнение накидных камер инертным газом после сборки может быть выполнено двумя способами: после предварительного вакуумирования камеры с после­дующим заполнением; многократным пропусканием инертного газа через камеру, сопровождающимся вы­теснением из нее воздуха. Первый способ более надеж­ный н поэтому рекомендуется для тугоплавких металлов.

Сварка химически активных и тугоплавких металлов неплавящнмся электродом осуществляется постоянным током прямой полярности (минус на электроде). От стойкости электрода, постоянства его формы во многом зависят стабильность процесса сварки и глубины про­плавления, формирование швов и качество соединения. Электрод, изготовленный из чистого вольфрама, непри­годен для сварки тугоплавких металлов вследствие их высокой температуры плавления: он быстро разрушает­ся. Повышенной стойкостью обладают электроды из вольфрама с добавками иттрия (марки СВИ-1) или лан­тана (марки ВЛ), которые получили широкое распрост­ранение у нас в стране для сварки химически активных и тугоплавких металлов и сплавов. Благодаря увеличен­ной стойкости такие электроды допускают большую то­ковую нагрузку по сравнению с электродами из чистого вольфрама марки ВЧ (табл. 12). Рабочую часть элек­трода затачивают на конус с углом 30—45° в зависи­мости от толщины свариваемого металла.

Сварку неплавящимся электродом можно выполнять без присадки (обычно при толщине металла до 2 мм) и с подачей присадочной проволоки (вручную или механи­зированным способом). Для улучшения формирования шва при автоматической сварке с присадочной проволо­кой и повышении стойкости электрода его конус притуп­ляют до диаметра 0,5—0,8 мм. Диаметр электрода вы­бирают в зависимости от требуемой величины сварочного тока (табл. 12). При сварке в гелии токовую нагрузку

Таблица 12 Допустимая токовая нагрузка (А) для электродов разного состава, при сварке в аргоне, Диаметр электрода, мм Марка1 электрода вч СВИ-1 ВЛ I 2 20 180 90 3 190 320 250 і 4 380 610 490 5 590 900 420 1 Вольфрамовые электроды данных марок выпускали по специ­альным ТУ. С 1.01.81 г. действует ГОСТ 23949—80, по которому приняты следующие новые марки электродов: ЭВЧ соответствует ВЧ; ЭВИ-1 соответствует СВИ-1; ЭВЛ соответствует В Л.

по сравнению со сваркой в аргоне снижают на 15—20%.

В качестве источника питания применяют сварочные преобразователи типа ПС-300, ПС-500, ПСМ-1000 и вы­прямители типа ВД-301, ВДУ-504, ВС-300, ВСВУ-630 и др. Для регулирования сварочного тока, а также дл< создания падающей характеристики у источников пита­ния с жесткой характеристикой (например, ПСМ-1000), сварочный пост (рис. 11) должен быть оснащен балласт-

Рис. 11. Схема поста для ручной (а) и механизированной (б) сварки неплавящимся электродом:' 1 — источник питания; 2 — вольтметр постоянного тока; 3 — конденсатор защи­ты; 4 — контактор включения сварочной цепи; 5 — балластный реостат; 6 — защитный дроссель; 7 — кнопка включения осциллятора; 8 — осциллятор; 9 — шунт; 10—амперметр постоянного тока; 11 — горелка; 12 — электромагнитный клапан подачи газа; 13 — ротаметры; 14 — защитная насадка; 15 ~ кнопка «Пуск»; 16 — кнопка «Стоп»; 17 — контакт самоблокировки катушки контакто­ра; 18 — катушка контактора

ными реостатами РБ-201, РБ-301, РБГ-502 и др. Возбуж­дение дуги осуществляется с помощью осцилляторов ОСПЗ-2М, ОСПЗ-8М-1, ОСПП-ЗООМ, ОСП-88-1 и др. Расход инертного газа контролируют расходомерами ти­па У-3, ДЗР1-59 или ротаметрами типа PC-З, РС-5. Ав­томатическую сварку выполняют автоматами АРК. АДСВ-2 (рис. 12), АДСВ-5 и др.

В последние годы с целью повышения эффективности использования теплоты дуги и улучшения качества свар­ных соединений создан ряд разновидностей способа свар­ки в среде инертных газов неплавящимся электродом. К ним относится сварка погруженной дугой и сквозным проплавлением, сварка по слою флюса и с присадкой порошковой проволоки, сварка в регулируемом магнит­ном поле. При сварке погруженной дугой конец электро­да располагают ниже поверхности свариваемого метал­ла, что позволяет значительно улучшить использование тепловой мощности дуги и благодаря этому сваривать за один проход без разделки кромок листы металла значительной толщины (например, из титана толщиной 14—16 мм). При сварке сквозным проплавлением режи­мы сварки подбирают таким образом, чтобы в металле под дугой всегда образовывалось отверстие, непрерывно

Рис. 12. Трактор АДСВ-2 для сварки неплавящимся электродом среде инертных газов: І — самоходная тележка; 2—механизм подачи; 3 — наконечник; 4 — горелка;' 5 — пульт управления

заполняемое жидким металлом по мере продвижения дуги.

Весьма эффективен новый отечественный способ свар­ки неплавящимся электродом в среде HHepfHoro газа с, применением флюсов-паст или порошковых присадочных* проволок, разработанный в ИЭС им. Е. О. Патона. Вве-j дение флюсов специального состава на основе фторис-. тых соединений в зону дуги позволяет резко повысит^ глубину проплавления свариваемого металла, сузиты шов и сократить протяженность зоны термического влия­ния, устранить пористость — наиболее часто ветре' щийся дефект швов при сварке химически акти х металлов. Сварку по данному способу выполняю э тонкому слою флюса-пасты, предварительно нанесе. ..о - му на свариваемые кромки (при толщине металла др

6 мм), или путем введения в зону дуги трубчатой (по­рошковой) проволоки, сердцевина которой СОСТОИТ ИЇ флюса.

Качество швов, например на титане, удается пов сить, применяя магнитное управление дугой и движен ем жидкого металла в сварочной ванне путем наложен на дугу продольных магнитных полей с помощью спец: альных приставок к сварочным автоматам. Долебани;

сообщаемые расплавленному металлу сварочной ванны, изменяют характер его кристаллизации и способствуют измельчению зерна. При этом устраняются некоторые дефекты швов (например, пористость).

Для сварки металла малых толщин (например, ти­тана толщиной менее 2 мм), применяют импульсно-ду­говую сварку (ИДС) неплавящимся электродом, обес­печивающую стабильность качества соединения. При питании от специальных источников тока (например, типа ИПИД и ВСВУ) сварку ведут импульсами посто­янного тока прямой полярности. За каждым импульсом тока (продолжительностью 0,2—0,3 с) следует пауза (продолжительностью 0,1—0,2 с), благодаря чему уда­ется выполнять сварку как бы точками с их перекрыти­ем. Так как при ИДС возникает необходимость возбуж­дать дугу с большой частотой, между вольфрамовым электродом и свариваемым изделием постоянно поддер­живается (от отдельного источника питания) малоам­перная так называемая дежурная дуга (/=0,8-У2А), на которую накладывается рабочая импульсная дуга. В ка­честве источника питания дежурной дуги используют выпрямители ВСС-120, ВСС-300 и др. Регулируя ток;

скорость, а также длительность импульса и паузы, мож­но в широких пределах изменять размеры шва. При этом заметно уменьшается перегрев металла, снижаются сва­рочные деформации (например, для титана толщиной 0,5—1 мм на 25—30% по сравнению с обычной дуговой сваркой неплавящимся электродом).

Сварку в среде инертных газов можно также выпол­нять плавящимся электродом (электродной проволо­кой). Чтобы исключить разбрызгивание металла, сварку ведут постоянным током обратной полярности на режи­мах, обеспечивающих мелкокапельный перенос метал­ла. Это достигается при сравнительно больших плотнос­тях тока на электроде (~ 100 А/мм2). Для сварки пла­вящейся электродной проволокой применяют автоматы АД С-500 М, АД С-1000-2, АДСП-2, модернизированный трактор ТС-17М и др. При таком способе сварки вне камер возникают дополнительные трудности при обеспе­чении защиты зоны сварки (длина газозащитных при­бавок, жестко соединяемых с горелками, достигает 500 мм и более). Поэтому он применим главным обра­зом при сварке в камерах с контролируемой инертной атмосферой. Для тугоплавких металлов его практически 2*

не используют из-за затруднений, встречающихся пр изготовлении электродной проволоки.

При сварке в монтажных условиях соединений из ти тана (например, стыков труб и колонн), применяют им пульсно-дуговую сварку плавящимся электродом в арго не. Питание дуги осуществляется от генератора импуль сов, например, ИИП-2. Чаще всего импульсную сварк выполняют полуавтоматом (например, «Импульс-1» электродной проволокой диаметром 1,2—1,5 мм.

Сварку плавящимся электродом производят в гели или смеси, состоящей из 80% Не и 20% Аг.

Для титана и его сплавов толщиной более 3 мм и пользуют автоматическую дуговую сварку электродно проволокой под флюсом. Из-за большой химическо активности металла при высоких температурах, и ос бенно в расплавленном состоянии, к флюсу для сварк титана предъявляются особые требования. Он долже обеспечивать надежную защиту зоны сварки от вредног воздействия воздуха и не оказывать окислительного де ствия на металл шва. Важно, чтобы флюс предохрани шов от загрязнения водородом. Титан имеет сравнител но высокую температуру плавления, поэтому флюс дл его сварки должен быть более тугоплавким, чем флюс для сварки стали. Для сварки титана и его сплавов і пригоден ни один из флюсов, применяющихся для ст лей и цветных металлов. В ИЭС им. Е. О. Патона впе вые в мировой практике разработана серия специал ных флюсов для сварки титана и его сплавов типа АН практически не имеющих в своем составе кислорода названных поэтому бескислородными.

Такие флюсы успешно применяют в химическом м шиностроении и других отраслях промышленности.

Среди способов сварки плавлением для химическ активных и тугоплавких металлов и сплавов на их о - нове все большее место начинает занимать плазменна и электронно-лучевая сварка.

Плазменная сварка (ПС) — высокоскоростной и вг сокопроизводительный процесс — от дуговой сварки о личается прежде всего формой дуги. Дуга при свар: неплавящимся электродом в среде инертного газа име форму колокола. При плазменной сварке дуга приним ет форму вытянутого цилиндра, так как обжимается о лажденными стенками сопла специальной конструкції Вследствие такого сжатия широко распространено

другое название данного способа — сварка сжатой дугой.

ПС имеет ряд преимуществ по сравнению со сваркой неплавящнмся электродом в среде инертных газов: бо­лее глубокое проплавление, узкие швы и зоны термиче­ского влияния, высокая стабильность процесса при ма­лых сварочных токах, более высокие скорости и произ­водительность сварки,

Широкое применение нашла разновидность ПС — микроплазменная сварка, весьма эффективная для изде­лий из особо тонкого металла, толщина которого состав­ляет десятые доли миллиметра. В принципе этот способ не отличается от плазменной сварки (рис. 13). Различие заключается лишь в том, что микроплазма горит на ма­лых токах (0,1 А и выше). Устойчивое и стабильное под­держание микроплазмы достигается благодаря высокой степени сжатия столба дуги каналом сопла малого диа­метра (менее 1 мм). При микроплазменной сварке реко­мендуется использовать аргон в качестве плазмообра­зующего газа и гелий, аргон или смесь этих газов для защиты зоны сварки. Для этого способа сварки применя­ют источники постоянного тока — стандартные выпря­мители ВДГ-302, а также специализированные—МПИ-3, МПУ-4, А-1255 и др. Ручную сварку выполняют горел­ками О61160А, 061213, Ю7М2 и др., а механизирован­ную— автоматами А-1342, АДНГ и др. Микроплазмен­ная сварка находит эффективное применение для соеди­нения особо тонкостенных труб из титана и других ме­таллов.

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) основана на ис­пользовании энергии электронов, движущихся с большой скоростью в вакууме. Выделяет (эмиттирует) пучок электронов специальный электронный агрегат — свароч­ная пушка. Попадая внутрь вакуумной камеры, электро­ны ускоряются под действием электрического поля, ко­торое поддерживается высоким напряжением — до 100000В (100 кВ) и более. Наибольшее распростране­ние получили сварочные пушки, работающие при уско­ряющем напряжении до 60 кВ. В последнее время со­здаются пушки, питаемые от источников тока и при больших напряжениях— 100—120 кВ. Это связано с тем, что процесс сварки на повышенных ускоряющих на­пряжениях имеет ряд преимуществ при выполнении сое­динений, главным образом, из металла больших толщин.

1— вакуумная камера; 2 — механизм пере­мещения; 3 ~ свариваемое изделие; 4 — смотровое окно; 5 — форвакуумный насос; 6 — вакуум-провод; 7 — вентиль; 8 — высо­ковакуумный насос; 9 — затвор высокова­куумного агрегата; 10 — сварочная пушка; 11 — катод; 12 — анод; 13 — высоковольт­ный источник питання; 14 — система сжа­тия (фокусировки) луча; 15 — система электромагнитного отклонения пучка элек­тронов (управления лучом)

Электронно-лучевая сварочная установка включает следующие основные узлы и устройства (рис. 14): гер­метичную камеру, вакуумную систему с форвакуумним’ (предварительная откачка) и высоковакуумным насоса­ми, сварочную пушку с системами электропитания, фо­кусировки (сжатия пучка), управления лучом, вспомо­

Параметры режима электронно-лучевой сварки: уско­ряющее напряжение (UycK, кВ), ток пучка (/п, мА) и скорость сварки (пСв, м/с).

ЭЛ С отличается от всех ранее известных способов сварки плавлением, так как имеет ряд важных особен­ностей: применение нового мощного концентрированного

зов, окружающих зону сварки, так как процесс сварки осуществляется в вакуумной камере. Первая особенность способствует сосредоточению нагрева на весьма малом пятне, диаметр которого практически равен поперечному сечению сжатого сварочной пушкой пучка электронов и достигает десятых и даже сотых долей миллиметра. Та­кая концентрация энергии делает возможной сварку с

Рис. 15. Форма проплавлення при ЭЛС (1) и дуговой сварке (2) недоступными для дуговых методов сварки соотношени­ем глубины к ширине проплавления — 20 : 1 и более (рис. 15).

Современные сварочные пушки обеспечивают устой­чивый процесс как при малых, так и больших значениях тока пучка электронов. Поэтому ЭЛС успешно применя­ют для соединения разных толщин —- от долей до десят­ков миллиметров. Швы, выполненные ЭЛС, — узкие, клиновидные. Зона расплавления при ЭЛС намного меньше, чем при АДС. При ЭЛС расходуется меньше энергии, чем при АДС. При сварке в вакууме исключа­ется загрязнение шва газами и поэтому могут быть достигнуты высокая пластичность и вязкость соединений.

Благодаря указанным основным преимуществам про­цесса ЭЛС оказалась особенно эффективной для соеди­нения деталей из химически активных и тугоплавких ме­таллов и сплавов. Специфические особенности ЭЛС — малое поперечное сечение луча, перенос энергии, запа­сенной электронами, на значительные расстояния, узкие швы при весьма малой площади расплавляемого метал­ла— позволяют выполнять сварные соединения принци­пиально новых видов, например соединения с прорезны­ми швами, в труднодоступных местах и в узких раздел­ках—щелях, электрозаклепками и др. (рис. 16).

ЭЛС применяют в производстве как малогабаритных изделий электроники и приборостроения, так и крупно­габаритных конструкций длиной и диаметром несколько метров.

Габаритные размеры вакуумных камер определяются размерами свариваемых изделий. Наибольшее распро­странение для изделий малых и средних размеров в про­мышленности СССР получили универсальные установки с многопозиционными сменными механизмами и сравни-

тельно небольшими размерами вакуумных камер, на­пример У-3 и универсальные установки серии ЭЛУ| (ЭЛУ-1, ЭЛУ-4, ЭЛУ-5 и др.).

Для сварки крупногабаритных изделий разработаны і специальные установки. К ним относятся установки У-86 и У-96А, предназначенные для сварки изделий диамет-' ром до 1600 мм и длиной до 2800 мм, а также ЭЛУ-13,: на которой можно сваривать кольцевые швы на цилин-^ дрических изделиях диаметром до 3000 мм и продольные^ швы длиной до 4500 мм.

Для ЭЛС химически активных и тугоплавких метал-jj лов создают специализированные установки. Главнаяj отличительная черта таких установок — наличие в ва-1 куумной системе насосов безмасляной откачки (напри­мер, сорбционных), в то время как обычные установки для ЭЛС снабжаются паромасляными высоковакуумны­ми насосами. К ним относится, например, установка У-401 (рис. 17, на заднем плане, за установкой виден сорбционный насос безмасляной откачки). Благодаря такой откачке удается устранить присутствие паров ма­сла в вакуумной камере и избежать возможного загряз­нения швов парами.

На промышленных установках для ЭЛС используют сварочные пушки разной конструкции (например, У-530М, серни ЭП и др-)- Широкое применение в нашей стране получили специализированные источники питания для ЭЛС типа У 250 А, серии ИВ (ИВ-25/4, ИВ-60-15) и др.

Для соединения из металла малых толщин, а также сплавов, чувствительных к перегреву, весьма эффектив­на импульсная электронно-лучевая сварка. Подобно им­пульсной АД С, импульсная ЭЛС характеризуется корот­кими импульсами сварочного тока, которые чередуются с паузами.

В последние годы разработана и все шире начинает применяться сварка световым лучом. Ее можно выпол­нять с использованием источников световой энергии двух типов: мощной дуговой машины или специального так называемого квантового генератора. В качестве источ­ника света при сварке по первому способу применяют дуговые ксеноновые лампы высокого давления. Фокуси­ровка светового луча осуществляется с помощью отра­жательной оптики. Для второго—наиболее перспектив­ного — способа источники энергии получили название лазеров, а сам процесс — лазерной сварки. ; Главное преимущество такого процесса заключается в том, что лазеры дают интенсивные остросфокусированные свето­вые лучи, что позволяет концентрировать энергию на весьма малых пятнах — диаметром до тысячных долей миллиметра. Лазерную сварку химически активных ме­таллов выполняют в среде инертных газов. В начальный период освоения этого нового эффективного способа он находил применение для деталей малых размеров, на­пример в радиоэлектронной промышленности. По мере увеличения мощности лазеров расширяются и области применения лазерной сварки.

Соединения деталей из титана и его сплавов большой толщины (свыше 40 мм) во многих случаях целесообраз­но выполнять электрошлаковой сваркой (ЭШС). ЭШС нашла широкое промышленное применение для изделий из сталей разного типа. Однако в том виде, в каком он был разработан для стали, способ ЭШС оказался непри­годным для химически активного металла—титана. Уже первые опыты показали, что для ЭШС титана необходи­мы специальные тугоплавкие бескислородные флюсы. Было также установлено, что одной лишь шлаковой за­щиты недостаточно для получения металла шва, не за! грязненного вредными примесями-газами — кислородом! азотом и водородом. Возникает необходимость изолиро} вать шлаковую ванну от воздуха путем наддува чистої аргона над поверхностью шлаковой ванны. Для этой це} ли мундштуки, водоохлаждаемые ползуны или кокил і снабжены специальными устройствами для подачи ар] гона. Защитные козырьки, обеспечивают минимальны} расход газа.

Для сварки металлов с повышенным злектросопроі тивлением, каким является титан, наиболее приемлем:} разновидности ЭШС, основанные на использованиіі электродов большого сечения — пластинчатых (при дли| не швов до 400 мм) и пластинчато-проволочных электр: дов (плавящихся мундштуков). Для ЭШС титана и ег] сплавов разработаны специализированные установюі А-550, А-977 (для пластинчато-проволочных электро] дов) и др. Сварку осуществляют на переменном ток-) при питании от трансформаторов ТШС-3000-lj ТШС-1000-3, ТШС-3000-3 и др.

Многие детали из химически активных и тугоплавки ] металлов можно сваривать давлением (без расплавлс ния). Такой процесс соединения металлов положен основу способов сварки взрывом, диффузионной и тре| нием.

Сварка взрывом основана на использовании так на} зываемой кумулятивной силы взрывной волны. Образо! вание соединения происходит в процессе соударения дву.} свариваемых деталей (пластин) под воздействием такої] волны. Одну из свариваемых пластин — неподвижную устанавливают на жесткое основание 2, вторую пласі тину — метаемую 3 располагают под углом 3—10° к по} верхности неподвижной пластины, на небольшом рас! стоянии в вершине угла (2—3 мм) (рис. 18). На мета:} мую пластину равномерным слоем укладывают заря] взрывчатого вещества—ВВ 4■—амонала, гексоген^ и т. п.

В вершине угла устанавливают электродетонатор с помощью которого взрывают заряд. При взрыве созда! ется чрезвычайно высокое давление выделяющихся гаї зообразных продуктов (до 20000 МПа). Метаемой плас| тине сообщается скорость, превышающая 1000 м/с. Сс ударение метаемой и неподвижной пластины сопровож! дается нагревом поверхностных слоев металла и и}

Рис. 19. Схема установки для диффузионной сварки в ваку­уме:

/ — охлаждаемая камера; 2 — сва - , « тт риваемые детали; 3 — индуктор

ДефОрМЗДИЄИ. ІІрИ ЭТОМ (нагреватель); 4 — уплотнение; 5 — создаются УСЛОВИЯ ДЛЯ шток; «-нагружающее устройства

схватывания соприкасаю­щихся поверхностей. Про­исходит сварка с образованием волнистой границы меж­ду соединяемыми деталями.

Малогабаритные детали сваривают взрывом в ваку­умных камерах; изделия больших размеров — на поли­гонах. Этот способ применяют для производства загото­вок под последующий прокат биметаллов, получения переходников из разнородных металлов, а также для изготовления ряда узлов конструкций и механизмов: для приварки труб к трубным доскам, сварки трубчатых эле­ментов и др.

Диффузионная сварка в вакууме—эффективный спо­соб соединения химически активных и разнородных ме­таллов — основана на использовании процесса диффу­зии, протекающего в твердых металлах при высо­ких температурах. Сварка происходит в вакуум­ной камере 1 (давление 0,1—0,01 Па) (рис. 19). Нагрев свариваемых деталей 2 обеспечивается нагрева­телем 3. Используют разные способы нагрева: индукци­онный, электронно-лучевой, радиационный и проходя­щим током. Процесс сварки ведется при непрерывном вакуумировании объема камеры, что способствует уда­лению газов, выделяющихся из свариваемых металлов. После достижения максимальной температуры нагрева (температуры сварки) и соответствующей выдержки прикладывают усилие сжатия, которое поддерживают постоянным в течение всего процесса сварки. Продолжи­тельность выдержки под нагрузкой зависит от свойст. свариваемого металла и величины давления и достигает десятков минут. Величина давления также зависит от свойств металла и температуры сварки и может состав лять 3—100 МПа. Надежный контакт свариваемых по верхностей обеспечивается лишь при условии их обра­ботки с высокой степенью чистоты.

Для диффузионной сварки находят применение уста­новки серии СДВУ (СДВУ-38, СДВУ-50 и др.), А 308-13, А 306-21 и др. Диффузионную сварку широко использу­ют для соединения деталей из разнородных металлов, также небольших по размерам узлов из химически ак­тивных металлов в однородном сочетании.

Высокой производительностью отличается спосо: сварки в твердом состоянии с импульсным нагружениеМ| (ударная сварка в вакууме), характерной особенность}- которого является чрезвычайно малая продолжитель­ность процесса образования соединения. Благодаря это му создаются благоприятные условия для соединени разнородных металлов. Исключается образование хруп ких соединений — интерметаллидов.

В вакуумных установках для осуществления ударно: сварки, например У-394М и У-860, нагрев деталей осу­ществляется кольцевым электронно-лучевым нагревате­лем, что резко снижает время пребывания металла в1 области высоких температур. Способ ударной сварки в ва­кууме применяют для изготовления трубчатых переход ников из разнородных металлов (ниобий — сталь и др.).

Сварка трением происходит в твердом состоянии при: сжатии осевым усилием вращающихся деталей. Широко му применению этого способа сварки в различных отрас­лях промышленности способствует ряд его особенностей: простота и экономичность процесса, стабильность каче­ства соединений, высокая производительность, возмож пость сварки металлов и сплавов в различных сочета ниях, а также металлических материалов с неметалли ческими (например, металлов с керамикой). В последне- время разработана и начала применяться инерционная сварка трением. При этом способе сварки механическая энергия накапливается массивным маховиком и далее передается свариваемым деталям. В отличие от обычной сварки трением, маховое колесо рассеивает всю свою энергию в стыке при поджатии неподвижной детали к вращающейся практически при постоянном давлении за очень короткий промежуток времени. Это обусловливает высокую концентрацию энергии в зоне стыка и чрезвы­чайно малую протяженность зоны термического влияния. Время инерционной сварки примерно в 10 раз меньше, чем при обычной сварке трением.

Для сварки трением можно использовать токарные станки, например ДИП-200 и др., а также сверлильные и фрезерные станки. Созданы и применяются в промыш­ленности специализированные сварочные машины серии МСТ (МСТ-23, МСТ-35, МСТ-41 и др.).

Для химически активных металлов, например титана и его сплавов, находят применение все разновидности контактной сварки: точечная, шовная и стыковая. При точечной и шовной сварке металла малых толщин вслед­ствие чрезвычайно быстрого протекания процесса, как правило, не требуется зашита зоны сварки. Необходи­мость в такой защите возникает при стыковой сварке, особенно при сварке оплавлением.

В радио - и электронной промышленности для соеди­нения деталей из тугоплавких металлов малых толщин используют ударную стыковую конденсаторную свар­ку— разновидность контактной сварки, при которой на­грев свариваемых деталей осуществляется теплом дуго­вого разряда конденсаторов с одновременным соударе­нием этих деталей.