Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 107
Текст из файла (страница 107)
В результате может быть повышена производительность, стабилизировано качество металла, автоматизирован процесс сварки, расширена область применения ее и т. п. В связи с этим считается закономерным, что с появлением нового вида защиты, даже при одном и том же источнике тепла, рождается новый метод сварки. Так, при дуговой сварке защита, получаемая при расплавлении толстых обмазок„не только коренным образом улучшила качество металла шва, но и в значительной степени повысила производительность процесса сварки. Создание флюсовой защиты коренным образом изменило технологический процесс дуговой сварки, позволив во много раз повысить производительность, в значительной степени улучшить и стабилизировать качество металла шва и открыть путь широкой автоматизации процесса. Использование инертных газовых сред при дуговой сварке расширило область ее применения, решило проблему сварки ряда цветных металлов (алюминий, медь, магний, титан и др.) и сплавов на их основе и позволило автоматизировать процесс.
Значительные успехи, полученные при использовании в качестве защиты углекислого газа, дали возможность при сварке черных металлов осуществлять соединения в любых пространственных положениях, значительно удешевить процесс и решить ряд других сложных проблем.
Каждый вид защиты широко применяется в промышленности и каждый из них имеет свою область, в которой оп является наиболее рентабельным. За последние годы, в связи с развитием новой техники, значительно возросли требования к качеству сварных соединений применяемых металлов. Кроме того, возникла необходимость применения тугоплавких и химически активных металлов. Тугоплавкие и активные металлы, выплавляемые в вакуумных печах, обладают высокими свойствами. Однако применяемые защитные среды при сварке таких металлов лишают их в значительной степени тех достоинств, которые ими были получены при вакуумной выплавке. Это объясняется тем, что названные металлы обладают высокой химической активностью при незначительном повышении температуры. Поэтому применение обмазок и сварка под флюсом большинства таких металлов исключены в связи с тем, что составляющие защитных сред, реагируя с расплавленным металлом, вызывают насыщение его вредными примесями и неметаллическими включениями.
Такие металлы, как цирконий и тантал, реагируя с многими известными флюсами и являясь геттерами, улавливают даже ничтожное количество активных газов. Поэтому использование нами и зарубежными исследователями инертных газов при сварке выявило несовершенства и ограничения применения этого метода защиты.
Применительно к некоторым из этих металлов даже эффективная защита промышленными инертными газами является недостаточной. При сварке в аргоне последний наряду с защитными свойствами вносит загрязнения в металл за счет присутствующих в нем примесей и влаги. Следовательно, при использовании редких и тугоплавких металлов в сварных конструкциях, а также при увеличении требований к качеству сварных соединений широко применяемых металлов возникает необходимость изыскания более совершенных способов защиты металлов при сварке. Влияние вредных примесей в защитных газовых средах можно иллюстрировать на примере сварки молибдена. Установлено, что при сварке молибдена в инертной атмосфере металл сварного соединения имеет низкую пластичность.
Одной из вероятных причин образования трещин, пористости и низкой пластичности сварных соединений молибдена является наличие примесей в основном металле и загрязнение атмосферными газами металла шва в процессе сварки, Исследование влияния содержания кислорода в основном металле на пластичность металла шва показало, что кислород, являясь наиболее опасной примесью, резко снижает пластические свойства молибдена.
Так, увеличение содержания клслорода в основном металле с 0„004 до 0,01',4 уменьшает угол загиба металла швч почти в 10 раз. Расчетным путем показано, что лишь при содержании кислорода в металле шва менее 0,002% температура его порога хрупкости становится равной температуре порога хрупкости основного металла. Такой низкий предел допустимого содержания кислорода в металле шва требует очень малого содержания кислорода в защитной атмосфере, применяемой при сварке. Расчеты по определению требований к чистоте инертной атмосферы на содержание в ней кислорода с учетом размеров зерна металла шва и содержания в нем окислов показывают, что при аргонодуговой сварке содержание кислорода в инертном газе не должно превышать 0,003%. Лучший аргон, поставляемый промышленностью, содержит кислорода примерно в 2 раза больше требуемого по расчету, причем содержание кислорода может увеличиваться в процессе сварки за счет проникновения воздуха в зону сварки, что пр водит дальнеишему сниже- ыь Содержание газов ь единице объема иию качества металла шва.
при различных давлениях Значительное ухудшение свойств металла шва происходит также под воздействием азота воздуха. В процессе дуговой сварки в инертных газах давление, расплавленный молибден может погло- нн рт ст В том числе щать азот в больших количествах. Всего Присутствие азота в металле шва, о, м так же как и кислорода, значительно снижает прочность и, особенно, пла- 76Р юь 1 003 0,03 од стичность молибдена. 1 10-~ 0,0!3 одвз 0,01 Присутствие водорода или паров 1.ю- оощз оооьз оош воды в атмосфере при сварке в ряде ! ш- о,'ооо1з о,оьооз о,оош случаев недопустимо. Водород легко |ло- о,ооощз о,ооьсоз о,овощ адсорбируется цирконием, танталом и ниобием с образованием гидридов, располагающихся в виде прослоек между зернами. Присутствие водорода в металле также отрицательно сказывается на его свойствах.
Даже небольшое количество водорода в цирконии, тантале и ниобии может вызвать их пористость и уменьшить пластичность и прочность. Для получения сварных швов, обладающих достаточной пластичностью, при сварке активных и тугоплавких металлов следует использовать защитную среду с минимальным содержанием кислорода, азота, водорода и паров воды. Положительные результаты, полученные в металлургии при использовании вакуума при плавке металлов, являются основанием для использования этого вида защиты применительно к сварке плавлением. Использование вакуума в условиях сварочного процесса, характеризующегося относительно малым объемом расплавленного металла, кратковременностью его пребывания в жидком состоянии и высокими градиентами температур, связано с рядом особенностей действия вакуума на расплавленный металл. Свойства вакуума как защитной среды определяются наличием примесей в единице объема вакуумной камеры.
Представление о чистоте среды при сварке в вакууме и ее защитных свойств можно получить путем сопоставления количества примесей в единице объема вакуума и инертных газов, обычно применяемых при сварке. Расчеты состава атмосферы и количества примесей в единице объема показывают (табл. ! 4), что даже при относительно плохом вакууме достигается достаточно малое содержание примесей в единице объема. Сварка в вакууме при давлении только в О,! мм рт.
ст. лучше, чем в особо чистом и дорогом аргоне марки А, содержащем 0,005% Оэ и 0,01% 1х1э. 434 Специальные виды сварки 435 Электронно-лучевая сварка Если учесть, что при сварке из металла выделяются газы, в состав которых входят СО, СОа, Н,, то парциальное давление кислорода и азота в камере будет ниже приведенных в табл. !4. Высокие защитные свойства вакуумной среды подтверждены экспериментально при сварке активных и тугоплавких металлов путем сравнения качества металла швов, выполненных дугой в камере с аргоном и электронным лучом в вакууме.
Так, при сварке циркония, который является одним из наиболее активных т0ердосаь ьееьпаели ейрных ееединееий Рис. 84, Изменение твердости металла шва циркония, выполненного элек- тронно-лучевой сваркой (1) и дугой в камере с контролируемой атмосфе- рой (2) !6. Увеличение пластичности металла шва при использовании вакуумной защиты при сварке очень чувствительного к газам металла-молибдена Угол загиба (градусы) образцов, сваренных № партий основногс металла Осиовиой металл Примечание в гелии дугой вольфрамовым электродом в вакууме электронным лучом 35-ьь Плавле- ныа В основном метвлле 0,004% О, и до 16 мл1ЮО г Нь В основиом металле 0,006О4 Оь ш — 28 2 — 4т о — ю В основном металле дь Ор!% Оь и до 19 мл/100 г Н, 4П Порош- ковый геттеров, изменение твердости показало (рис.
84), что твердость металла в зоне шва, выполненного в камере с аргоном, почти в 2 раза больше твердости металла, сваренного в вакууме. При сварке в вакууме твердость металла шва близка к твердости основного отожженного металла. Значительное уменьшение твердости металла при сварке в вакууме объясняется более совершенной защитой, вследствие чего отсутствует загрязнение расплавленного и нагретого до высоких температур металла кислородом и азотом воздуха. Уменьшение содержания газов в металле шва путем вакуумной защиты приводит к значительному улучшению его пластичности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
