Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 101
Текст из файла (страница 101)
При охлаждении на воздухе в интер- Специальные виды сварки 403 Диффузионная сварка 409 вале температур 1000 †6' С пластичность отсутствует. При понижении температуры до 200'С пластичность повышается до 7% н при температуре 100' С и ниже она достигает максимума — 13%. Таким образом, охлаждение в вакуумОа атс/ммг Ва, атауммг 00 00 Вв 70 бв 50 50 50 10 г 10 г В,ммрт.ст, 10 т 10 г В,'ммрт.ст.
а1 А Рис. 61. Зависимость прочности сварного соединения от сте- пени разрежения при сварке: а — конструкцнонная сталь 48; 0 — сталь 48 со сталью Р!8 1100 1000 000 000 7; '0 Рис. 62. Диаграмма объемной зависимости прочности соединения из стали 45 от температуры и степени разрежения ной камере под давлением сваренных образцов (деталей) обеспечивает необходимую прочность и пластичность соединяемых металлов и сплавов, Вакуумирование при сварке.
Исключительноважноезначение для проведения процессов диффузионной сварки имеет степень разрежения. При этом следует учитывать некоторые особенности, в частности усиление газо- выделения из деталей и стенок камеры о'е, кгс/ммг при повышении температуры. Опыты 70 проводили при Т = 900 и 1000' С, р = 2 кгс/мма, т = 5 мин. б Из кривых, построенных для стали 45, следует, что при 1000' С прочность 40 соединения значительно возрастает до степени разрежения 10 т мм рт. ст.; прн дальнейшем увеличении разрежения 70 наблюдается увеличение прочности. При температуре 900' С прочность соединения повышается до степени разрежения 10 а мм рт, ст., дальнейшее повышение разрежения не оказывает столь большого р ф влияния на прочность соединения (рис.
62). 1ь~ На основе расчетов и эксперимен- Р ~1 тальной проверки установлено, что стеl пень разрежения в вакуумной камере в диапазоне использованных режимов (10 а — 10 а мм рт. ст.) вполне обеспечивает такую чистоту соединяемых поверхностей, которая гарантирует создание монолитного соединения, равнопрочного основному металлу.
Технология диффузион- н о й с в а р к и. С технологической точки зрения при выполнении диффузионной сварки важны следующие основные требования: должны быть обеспечены очистка поверхностей соединяемых материалов и непосредственный их контакт; материалы, подвергаемые соединению, следует нагреть до соответствующей температуры способствующей диффузии; защитная атмосфера должна предотвращать окисление или загрязнение материалов. Оптимальное значение вакуума выбирают с учетом свойств свариваемых материалов и результатов исследований. Прн недостаточном вакууме усиливается окисление свариваемых материалов.
Получение высокого вакуума существенно снижает производительность сварки, приводит к удорожанию процесса и может быть оправдано только с точки зрения эффективности очистки свариваемых поверхностей от окислов и различных газов. Обработка поверхности должна обеспечить максимальную площадь контакта свариваемых поверхностей. При выборе класса шероховатости поверхности следует ориентироваться на технико-экономические возможности предприятия. Способ очистки свариваемых поверхностей от пленок выбирают в зависимости от природы и вида пленок.
Температура сварки должна обеспечить большую скорость пластического деформирования и развитие диффузионных процессов. Температуру сварки определяют из соотношения Т„= 0,7Тн,. Для жаропрочных сплавов и тугоплавких металлов она может быть несколько выше.
Давление должно достигать такой величины, чтобы осуществлялась деформация микронеровностей и шероховатостей на свариваемых поверхностях и обеспечивалась максимальная истинная площадь контакта последних. Ориентировочно оптимальное значение давления, обеспечивающего получение качественного соединения, не приводящего к макроскопической деформации зоны сварки, равно пределу упругопластической деформации свариваемых материалов при температуре сварки. При сварке разнородных материалов давление устанавливают в зависимости от характеристик менее прочного нз свариваемых материалов.
В случае недостаточно интенсивной диффузии между компонентами соединяемых материалов при резко различных коэффициентах линейного расширения или при возможном появлении интерметаллидов, оказалось целесообразным применять промежуточную прокладку или подслой в виде фольги, порошка и т. п.
Время сварки выбирают, в зависимости от наличия промежуточной прослойки между сварнваемыми поверхностями, опытным путем или расчетом по существующим методикам. В качестве примера приводится методика разработки технологического процесса диффузионной сварки жаропрочных сплавов ХН75МБТЮ (ЭИ602) и ЭП99. Сварка без промежуточных прослоек.Оптимальноезначение давления сжатия и температуры сварки определялось экспериментально.
Давление изменяли в пределах 1 — 4 кгс/мма через каждые 0,5 кгс/мма. Сварку выполняли при температурах 1100, 1150, 1175 и 1200 'С; время сварки было постоянным (6 мин). Режим сварки признавали оптимальным, если сварные соединения были равнопрочны основному металлу. Механические свойства соединений определяли на пятикратных гагаринских образцах диаметром 6 мм, вырезаемых перпендикулярно стыку. Среднеарифметические значения временного сопротивления разрыву о, и относительного удлинения б, подсчитанные по результатам испытания 3 — 12 образцов, приведены на рис.
63 и 64. По мере увеличения давления сжатия прочность соединений увеличивается, очевидно, вследствие увеличения поверхности фактического контакта. При увеличении температуры сварки до 1200'С пластичность и прочность сварных соединений обоих сплавов понижается. Это связано с чрезмерным ростом зерна у сплава ХН75МБТЮ (ЭИ602) и растворением упрочняющих фаз у сплава ЭП99. Опыты, проведенные при температуре 1250' С и давлении выше 1 кгс/мма, показали, что в соединениях обоих сплавов по границаи зерен образуются трещины. И н/р, Ольшанского, т, 1 Электронно-лучевая сварка 410 Специальные виды сварки 411 о", Т.; сгб, атоумм а УУО уоо ОО ол оо Во Е.СУОМ' уго УУО оо уо уоо бо 00 4О зо го Уо 70 го бо бо 40 уо уб г,о о г,б З,ОАатсУММа ОУУ У б , мин Рис.
63. Влияние давления сжатия и температуры сварки на механические свойства соединений из сплава ЭП99: Рис. 64. Влияние времени сварки на механические свойства соединений сплавов ЭП99 (1) и ХН75МБТЮ (2). Режим сварки сплава ЭП99: Т = 1150'С; р = 4 кгс/мм1 сплава ХН75МБТЮ (ЭИ602): Т 1150' С, р = 3 кгс/мм' у) т = 1ооо с; г) т = 115о с; 3) Т 1175а СУ 4) Т 1200' С Сварку без расплавляющихся прослоек рекомендуется выполнять с нанесением на стыкуемые поверхности фтористого аммония, причем при сварке сплава ЭП99 — независимо от перерыва между очисткой поверхностей и сваркой. При жестких требованиях к точности деталей сварку во всех случаях следует выполнять с применением расплавляющихся прослоек.
На сварку детали поступают после механической обработки, обеспечивающей обработку соединяемых поверхностей по 6-му классу шероховатости. Непосредственно перед сваркой соединяемые поверхности зачищают мелкозернистой наждачной бумагой и промывают ацетоном. При применении расплавляющихся прослоек зачистку допускается выполнять за сутки до сварки. В качестве расплавляющихся прослоек для указанных сплавов рекомендуется применять фольгу из припоя ВПр7 толщиной 0,1 — 0,06 мм. Перед введением встык льгу зачищают мелкозернистой наждачной бумагой и промывают ацетоном. ели конструкция детали не допускает вытеснения избыточного количества расплавленного металла прослойки на боковые кромки (детали с внутренними каналами), то толщину и площадь фольги уменьшают.
Однако площадь фольги не должна быть меньше а/а площади контакта деталей. Фольгу рекомендуется приваривать к поверхности одной из деталей с помощью точечной конденсаторной сварки. После определения оптимальных значений температур и давления проведено исследование влияния времени сварки на прочность соединений. Минимальное время сварки сплава ЭП99 6 мин, а сплава ХН75МБТЮ (ЭИ602) 3 мин.
Приведенные данные позволяют рекомендовать следующий режим сварки: для сплава ХН75МБТЮ (ЭИ602) Т = 1150 —: 1175'С, р = 2,5 —: 3 кгс/мма, 'с = 3 —: 4 мин; для сплава ЭП99 Т = 1150 —: 1175'С, р = 3,5 —: 4 кгс/мма, т= 6 —: 7 мин. С в а р к а с р а с п л а в л я ю щ е й с я п р о с л о й к о й. Исследованиями установлены важные преимущества сварки с расплавляющимися прослойками по сравнению со сваркой без прослоек. Сплавы с повышенным содержанием элементов с большим сродством к кислороду (алюминий, титан и др.), в частности сплав ЭП99, предпочтительно сваривать с промежуточными расплавляющимися прослойками, По сравнению с пайкой диффузионная сварка резко повысила прочность и точность деталей.
Сварные соединения не разрушались при изгибе на 180', тогда как паяные разрушались без заметного изменения профиля. При испытании иа разрыв разрушение сварных соединений частично происходит по основному металлу. Сварка с расплавляющимися прослойками наиболее рациональна для соединения жаропрочных сплавов в вакууме. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРКА АТ еУ евро 'кТ ' (9) где /, — плотность тока эмиссии, А/сма; А — эмиссионная постоянная, зависящая от свойств излучающей поверхности и равная для большинства чистых металлов 40 — 70 А/(сма 'С'); Т вЂ” абсолютная температура катода, К; е — основание натуральных логарифмов; е~ра — работа выхода электрона из металла, Дж; /с = 1,38Х Х10 ав Дж/'С вЂ” постоянная Больцмана.
Уравнение (9) показывает, что величина тока эмиссии в наибольшей степени зависит от температуры катода. Однако при увеличении температуры резко возрастает скорость испарения материала катода и сокращается срок его службы, Свободные электроны под действием электрических или магнитных полей могут перемещаться. Поскольку электроны обладают самой малой инертной массой из всех масс элементарных частиц, обладающих зарядом, то электрону можно сообщить болыпие ускорения. Если электрон поместить в однородное электрическое поле напряженностью Е (рис. 65), созданное между двумя параллельными пластинами достаточно большой протяженности, то на электрон будет действовать сила, равная произведению величины заряда на напряженность поля в месте нахождения заряда: г" = — еЕ. (10) Знак минус показывает, что вследствие отрицательного заряда электрона сила имеет направление, противоположное направлению вектора напряженности электрического поля.
Работа, затраченная электр))ческ))м поле54 иа цере)иещецне заряда 14» Энергия электронов. Электроны применяют в технике для возбуждения свечения люминофоров, нанесенных на экран электронно-лучевых трубок катодных осциллографов и телевизоров. Эффекты, вызываемые электронами при бомбардировке вещества, используются в электронных микроскопах, электронных умножителях, рентгеновских трубках, масспектрографах и во многих других устройствах и приборах. Электрон представляет собой элементарную электрически заряженную частицу, имеющую отрицательный заряд е = 1,602 ° 10 Ув К; массу пу = 9,109Х Х10 а' кг; радиус г, = 2,82 10 'ам; удельный заряде/Упв = 1,759 10" к/кг.
Число электронов в атоме зависит от типа вещества и равно его атомному номеру в периодической системе элементов Д. И. Манделеева. Широкое применение электронов связано с тем, что электрон, являясь наимень. шей устойчивой заряженной элементарной частицей материи, может быть наиболее простым способом получен в свободном состоянии. В большинстве случаев, подведя соответствующую энергию, можно вызвать выход электронов с поверхности металла. Наиболее часто для получения свободных электронов используют термоэлектронные катоды, в которых, как правило, металлы нагреваются до таких температур, при которых электроны приобретают достаточную скорость, чтобы покинуть металл и перейти в окружающее катод пространство, в результате чего возникает эмиссия электронов. Величина тока термоэлектронной эмиссии зависит от температуры катода, работы выхода и свойств поверхности (уравнение Ричардсона — Дэшмана): 412 Специальные виды сварки Электронно лучевая сварка 413 Л Р= В,о яп — =Вео.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
