9.1. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИМЕНЯЕМЫХ

В СУДОСТРОЕНИИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ.

ОСОБЕННОСТИ ИХ СВАРИВАЕМОСТИ

Свариваемость любых металлов и сплавов, прежде всего, непосредст­венно зависит от их физико-химических свойств. Поэтому при разра­ботке оптимальных технологий сварки конструкций различными спо­собами их следует учитывать в первую очередь. В судостроении наибольшее применение находят такие цветные и химически активные металлы как медь, алюминий, титан и их сплавы (табл. 9.1).

Медь принадлежит к группе тяжелых металлов, алюминий - легких, титан - химически активных. Все эти металлы достаточно технологич­ны. Из них (и их сплавов) изготавливают различные полуфабрикаты (листы, профили, прутки, ленту и т. д.).

Медь - диамагнитный металл, механические свойства которого в зна­чительной степени зависят от чистоты и предшествующей пластичес­кой обработки. Чистая медь чрезвычайно пластична, обладает хорошей теплопроводностью и высокой электропроводимостью, коррозионно - стойка в пресной и морской воде. Находит широкое применение в электротехнической промышленности, химическом машиностроении, изделиях, работающих в условиях глубокого холода. В судостроении применяется для различного рода трубопроводов (в том числе для тру­бопроводов забортной воды).

Алюминий - легкий, хорошо тепло - и электропроводный металл, об­ладает высокими пластическими свойствами, слабомагнитен. Обла­дая высокой химической активностью, легко образует окисную пленку, плотно сцепленную с поверхностью металла. Благодаря защитному дей­ствию окисной пленки металл обладает высокой коррозионной стой­костью в атмосферных условиях и средах, которые эту пленку не разру­шают (в том числе в морской воде).

Чистый алюминий применяется в электропромышленности, а его более прочные сплавы - в разнообразных авиа - и космических конст­рукциях, в автомобильной, строительной промышленности. В судостро­ении - для изготовления надстроек, корпусов судов с динамическими способами поддержания, катеров и яхт.

Титан - химически активный металл при высокой температуре (осо­бенно в расплавленном состоянии), хотя при комнатной температуре весьма устойчив против окисления. Теплопроводность у него меньше, чем у меди и алюминия, а удельное электросопротивление больше, не­магнитен, обладает весьма высокой коррозионной стойкостью во мно­гих средах (в том числе в морской воде), что объясняется образованием на его поверхности плотной защитной окисной пленки.

Чистый титан весьма пластичен при относительно невысокой проч­ности. Имеет две модификации (а и Р). При легировании такими эле­ментами как алюминий, ванадий, марганец, цирконий, железо, олово и др. прочность сплавов может достигать весьма высоких значений. Ши­рокое применение имеют а-сплавы титана, которые наряду с высокой прочностью хорошо поддаются всем видам технологической обработ­ки. Из многих марок титановых сплавов изготовляются листы, профиль­ный прокат, прутки, полосы, трубы, проволока, фольга и пр.

Находит широкое применение в химическом машиностроении, авиа-, ракето-, приборостроении, металлургической и пищевой промышлен­ности. В судостроении применяется для изготовления трубопроводов, теплообменных аппаратов. Имеются случаи применения сплавов тита­на в качестве конструкционного корпусного материала (корпус подвод­ной лодки «Комсомолец»).

Для всех рассматриваемых металлов и сплавов можно выделить сле­дующие особенности, осложняющие в той или иной мере их сваривае­мость.

1. Высокое сродство к кислороду (особенно у титана и алюми­ния). Так, при сварке алюминия и его сплавов вследствие

легкой окисляемости в твердом и расплавленном состоянии об­разуется тугоплавкая (-2050 °С) пленка окиси А12Ог Она пре­пятствует плавлению, ухудшает формирование шва и засоря­ет его окисными неметаллическими включениями.

При сварке титана и его сплавов в твердом нагретом и расплавлен­ном состоянии проявляется его чрезвычайно высокая химическая ак­тивность, приводящая к растворению в жидком титане кислорода, азо­та и водорода с неизбежной потерей пластичности и охрупчиванию металла шва до недопустимых величин. С учетом возможности появле­ния холодных трещин, указанные обстоятельства предъявляют к тех­нологии сварки особые требования по защите алюминия от появления пленки А1203 при сварке и особо тщательной защите зоны сварки и при­легающих к ней нагретых поверхностей металла от проникновения атмосферных газов для титана.

Следует также отметить, что высокая растворимость в жидких ме­таллах (особенно алюминии) таких газов как водород приводит к обра­зованию в металле шва газовой пористости.

2. Высокая теплопроводность и теплоемкость таких металлов как медь и алюминий вызывает быстрое охлаждение зоны сварки и требует применения более мощных локализованных источников теплоты, чем при сварке сталей перлитного класса. Высокий те­пловой коэффициент линейного расширения и большая усадка алюминия приводят к повышенным сварочным деформациям.

3. Значительная жидкотекучесть меди и алюминия, потеря проч­ности этих металлов в определенных интервалах температур при нагреве может приводить к возможности разрушения во время сварки (алюминий) либо появления трещин при сварке в жест­ком закреплении (медь). Это требует применения подкладок при сварке «на весу» (алюминий) или ослабления жесткости соеди­нения (медь).

4. Низкая температура плавления и кипения отдельных легирую­щих элементов у некоторых сплавов (например, цинка и олова в латунях и бронзах) приводит к образованию легколетучих паров, что, с одной стороны, определяет образование пористости в ме­талле шва, а с другой, ухудшает санитарно-гигиенические усло­вия в районе сварки из-за высокой ядовитости этих паров.

5. Теплофизические свойства таких металлов как медь и алюминий (и их сплавов) приводят к крупнокристаллическому строению металла шва при его кристаллизации, что при наличии легко­плавких эвтектик повышает склонность металла шва к образова­нию горячих трещин.

1