Тугоплавкие металлы V А подгруппы периоди­ческой системы элементов — ванадий, ниобий и тантал— обладают удовлетворительной свариваемостью. Однако их физико-химические свойства и прежде всего высокая активность к газам атмосферы и чувствительность к примесям-газам обусловливают ряд требований, кото­рые необходимо предъявлять к свариваемому металлу и технологии сварки для получения качественных сварных соединений. К ним относится ограниченное содержание примесей в основном металле.

Повышенные требования предъявляются к защите зо­ны сварки и остывающих участков сварного соединения,

а также чистоте сварочных материалов. Поэтому для изготовления изделий из металлов рассматриваемой подгруппы сварка неплавящимся электродом на воздухе со струйной защитой инертным газом не рекомендуется. Стабильные результаты могут быть получены при дуго­вой сварке в камерах с контролируемой атмосферой инертных газов, а также при ЭЛС в вакуумных камерах.

Особенно тщательно следует выполнять подготовку свариваемых кромок к сварке. Для травления кромок используют смеси следующих составов (об. %): для ва­надия: HF — 33; H2SO4 — 33; Н20 — 34; для ниобия: HF — 22; HN03 — 8; H2S04— 15; для тантала: HF — 90; HN03 — 10.

Для дуговой сварки неплавящимся электродом в ка­мерах с контролируемой атмосферой применяют такое же оборудование и приспособления, как и при сварке титана.- Сварку изделий ответственного назначения вы­полняют в защитной атмосфере высокой степени чисто­ты, при содержании примесей не более (об. %): 02 — 0,001; N2 — 0,005; точка росы 203—213 К..

Чтобы обеспечить в камере такой состав атмосферы, применяют дополнительно очищенный и осушенный инертный газ высших сортов, а также специальную тех­нологию вакуумной подготовки камеры и трубчатой га­зоподводящей системы. Подготовка камеры включает в себя вакуумирование, продувку и заполнение инерт­ным газом. Откачка камеры производится до дав­ления не выше 0,04 Па. Для удаления паров воды с внутренних поверхностей камеры рекомендуется инфра­красное облучение с вомощью электроламп типа ПИК и промывание сверхчистым газом камеры и газоподво­дящих трубопроводов. Объем камеры заполняется до ра­бочего давления -■'-'5 кПа. В процессе сварки чистоту ат­мосферы непрерывно контролируют. При достижении в инертном газе содержания примесей близкого к пре­дельно допустимому, необходимо восстановить качество атмосферы. Для восстановления состава сварочной ат­мосферы в камере и поддержания концентрации приме­сей меньше предельно допустимой наиболее эффективна непрерывная циркуляция газа через газоочистку, осуще­ствляемая с помощью компрессора.

Наиболее распространенный тип сварного соединения из тугоплавких металлов — стыковое, без разделки кро­мок. Тонкий металл можно сваривать с отбортовкой

Ориентировочные режимы механизированной сварки тонколистовых сплавов ванадия, ниобия и тантала неплавящимся электродом в среде аргона

кромок. Соединения внахлестку и втавр применять не рекомендуется. При сварке тонколистовых металлов в камере с контролируемой атмосферой на режимах, при­веденных в табл. 27, швы получаются качественными, без дефектов.

Прочность сварных соединений из ванадия, ниобия и их сплавов при сварке в среде инертных газов состав­ляет 0,7—0,8 прочности основного металла, а для тан­тала и его сплавов 0,9—1.

Таблица 28

Ориентировочные режимы злекіригіни-лучевий ш. фли сплавов ванадия, ниобия и тантала

Электронно-лучевую сварку выполняют при давлении в камере не выше 0,01 Па. При сварке на режимах, при­веденных в табл. 28, швы обладают высокой пластично­стью. Однако прочность швов ниже прочности основного металла на 30—40%, т. е. они менее прочны, чем швы, выполненные неплавящнмся электродом. Это объясняет­ся тем, что швы при ЭЛС в вакуумной камере получа­ются чище по отношению к примесям-газам. Дуговая сварка неплавящнмся электродом в среде инертных га­зов и электронно-лучевая сварка — основные способы соединения деталей и узлов в химическом машинострое­нии и других отраслях промышленности, в которых эф­фективно применение тугоплавких металлов (рис. 28).

Диффузионную сварку металлов V А подгруппы вы­полняют в вакуумных камерах при давлении ~ 0,005 Па. Рекомендуются следующие режимы сварки:

Ниобий Тантал

Температура, К......................................... 1520 1920

Давление, МПа......................................... 14,7 11,8

Продолжительность сварки, мин 5 20

Для снижения температуры сварки с целью предот­вращения ухудшения пластичности сварных соединений используют промежуточные слон других, менее туго­плавких металлов. Например, для ниобия рекомендуется применять никель, а сварку осуществлять при понижен­ной температуре (температура сварки 1270 К, давление 19,6 МПа, время сварки 18 гс).

Прочность сварных соединений, выполненных диффу­зионным способом, не превышает 0,9 прочности основно­го металла.

При точечной и шовной сварке ванадия, ниобия й тантала встречаются затруднения —• подплавление элек­тродов. Применение покрытий свариваемых деталей, на­пример графитом, значительно снижает подплавление электродов. Хорошие результаты дает также использова­ние промежуточных накладок из более тугоплавкого ме­талла, например молибдена. Точечную и шовную сварку выполняют с защитой зоны сварки инертным газом.