Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 108
Текст из файла (страница 108)
Из табл. 1Б видно, что наибольшеи пластичностью блада швь1 из молибдена партии 1, минимально загрязненного кислородом. Пластичность соединений, вы- полненных в вакууме, во всех случаях почти в 2 раза выше пластичности соеди- нений, сваренных в камере с контролируемой атмосферой. Снижение степени загрязнения металла влечет за собой повышение чистоты границ зерен, что значительно улучшает устойчивость металла шва против корро- зии. Сравнительные испытания на коррозионную стойкость металла шва цир- кония показывают, что скорость коррозии сварных швов, выполненных в камере с аргоном, несколько выше скорости коррозии швов, выполненных в ва- кууме.
Изучение действия вакуума на расплавленный и нагретый металл показы- вает, что вакуум является не только защитной средой, предохраняющей металл от действия атмосферы, но роль его состоит также в ускорении и в более полном завершении термодинамических процессов, протекающих в расплавленном и нагретом металле. Кинетическая роль вакуума наиболее ярко проявляется в резком ускорении выхода газов из металла, а термодинамическая — в значительно более полном удалении примесей, Установлено, что вакуумная среда активно воздействует на нагретый расплав- ленный металл сварного соединения, обеспечивая его дегазацию, повышение плотности, удаление окислов, примесей и загрязнений как с поверхности, так и из внутренних слоев металла.
Одним из наиболее распространенных пороков, встречающихся в сварных швах, являются газовые поры. Газовая пористость возникает в результате на- личия в жидком металле избыточного количества газов, которые с понижением температуры металла выделяются из него вследствие уменьшения их раствори- мости. Эти газы, коагулируя, приводят к образованию пузырьков, которые, не успевая всплыть на поверхность, образуют поры в закристаллизовавшемся ме- талле и на разделе твердой и жидкой фаз. Причиной образования пор является повышенное содержание газов, которые попадают в сварочную ванну вследствие воздействия атмосферы и компонентов защитной среды или присутствуют в свариваемом металле, Существует ряд способов борьбы с газовыми порами при сварке плавлением. Однако эта проблема еще полностью не решена вследствие того, что основная причина — насыщение металлов газом — при существующих способах защиты прн сварке не устраняется. Использование вакуумной защиты при сварке является одним из наиболее совершенных методов предупреждения образования пор в металле шва.
Сварка в вакууме дает возможность полностью устранить причины, вызы- вающие образование газовых пор, вследствие отсутствия над сварочной ванной газовой среды, из которой могло бы происходить поглощение газов металлом. Кроме того, вакуум активно способствует устранению пор за счет удаления газов из основного металла. Создание вакуума над ванной расплавленного или нагретого твердого ме- алла сопровождается повышением скорости удаления газа из жидкого металла талла р в виде пузырьков и повышением скорости выделения газов за счет увеличени я скорости диффузии в твердом металле. Если металл находится в жидком состоянии, то создаются благоприятные условия для удаления газов в вакууме при сварке вследствие ускорения диф- фузии, улучшения условий образования пузырьков газов и увеличения скорости их выхода из расплавленного металла. Пониженное давление способствует образованию газовых пузырьков в рас- плавленном металле. Возникновение газового пузыря в жидком металле шва возможно в том случае, если давление выделяющегося газа в состоянии преодолеть внешние силы, препятствующие его выделению.
При сварке в атмосфере силы внешнего давления, препятствующие образо- ванию газового пузыря, слагаются из атмосферноГо давления, металлостатицеского 437 Электронно-лучевая сварка 436 Специальные виды сварки и давления поверхностной пленки металла на пузырь. При сварке в атмосфере 2о Рви = Рагн + ну+ (28) где р,„„— атмосферное давление, ат; 6 — высота столба металла см; у — плотз Э ность металла, кг/м; о — поверхностное натяжение металла на границе раздела металл — газ, кгс/м; г — радиус пузыря, м. Для условий сварки в вакууме атмосферное давление р, измеряемое десятитысячными долями мм рт. ст., практически не оказывает противодействия образованию газовых пузырьков вследствие очень малой величины.
Внешнее давление р,, в этом случае является в основном функцией силы поверхностного натяжения и размеров пузырька, так как металлостатическое давление металла мало вследствие малой глубины сварочной ванны расплавленного металла. Поэтому можно написать, что при сварке в вакууме 2а (29) Как видно, уменьшение внешнего давления не только значительно облегчает условия образования газовых пузырьков, но и обеспечивает выход на поверхность расплавленного металла значительно более мелких пузырьков, которые при наличии внешнего давления обычно остаются в металле.
Ускорение выделения газов в виде пузырьков из жидкого металла в вакууме объясняется также и тем, что работа образования зародышей газовых пузырьков уменьшается, а скорость пепемещения нх увеличивается. В ряде работ по плавлению металлов в вакууме показано, что основноэ количество газов удаляется из металла в момент его перехода из твердого в жидкое состояние.
Это обстоятельство является чрезвычайно важным для процесса свапкн, так как указывает на возможность почти полной дегазапии металла за короткое время пребывания его в жидком состоянии. Немаловажным обстоятельством, уменьшающим содержание газов в металле при сварке в вакууме, является возможность удаления поверхностных загрязнений (адсорбнрованных газов, жидкостей и поверхностных окисных пленок). Работы по сварке многих активных и тугоплавких металлов показали, что при сварке в вакууме металл шва получается без пор, т. е.
устраняется наиболее распространенный внд дефекта сварных швов. Однако при сварке в вакууме газонасыщенных металлов в металле шва наблюдались поры. Так, поры возникали при сварке ниобия. Микроисследования и рентгенография сварных соединений ниобия показали, что на линии сплавления основного металла и металла шва наблюдается цепочка крупных газовых пор (рис, 85, а, в). Наличие пор в металле сварного соединения значительно снижает механические свойства металла шва. Испытания стыковых сварных соединений нисбия, выполненных электронным лучом на металле в состоянии поставки, показали предел прочности 5 — 8 кгс/ммз н очень малый угол загиба.
При испытаниях разрушение соединений происходило по линии сплавления, содержащей поры. Использование вакуумной защиты металлов дало возможность получить сварные соединения без пор при сварке газонасыщенного металла. Для устранения пор в металле сварного соединения была произведена предварительная дегазация основного металла путем нагрева расфокусированным лучом в глубоком вакууме. Для значительного улучшения свойств сварного соединения оказалось достаточным произвести дегазацию лишь кромок свариваемых листов ниобня на относительно небольшой ширине (10 — 15 мм).
Дегазация кромок производилась путем последовательного прогревания каждой кромки электронным лучом примерно до 1000 — 1200 С, После дегазацин производилась сварка электронным лучом на обычном режиме. Такая относительно несложная операция дала возможность полностью устранить поры в металле сварного соединения (рис.
85, б, г,) ц вследствие этого значит«льцо ул) чшнть сго механические свойства, Сварка дегазированного ниобия повысила прочность сварного соединения до пРочности основного металла (ов = 40 кгсlммз). ПРи этом одновРеменно были улучшены и пластические свойства металла сварного соединения — угол загиба в швах металла, сваренного с предварительной дегазацией, составил 180'. Установлено, что при использовании вакуума в качестве защитной среды при сварке имеется принципиальная возможность уменьшить содержание газов в некоторых металлах за счет процессов диссоциации окислов, нитридов и гидридов.
Наиболее легко из металлов удаляется водород, даже в том случае, если он находится в связанном состоянии. Большинство соединений металла с водородом уже при относительно низких температурах нагрева разлагается. Таким Рис. 85. Сварное соединение ниобия, выполненноеэлектронным лучом ()470): а, б — сварное соединение с лорами прн сварке газонасыщенного ниобня; в, г — сварное соединение без пор прн сварке дегазнрованного ннобия образом, в условиях сварки в вакууме большая часть водорода, содержащегося в металле, может быть удалена из металла. Удаление из металла связанного кислорода и азота может бьггь успешным только в том случае, если парцнальное давление газов в камере будет ниже упругости диссоциации окислов и нитридов при температурах сварочной ванны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
