Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 112
Текст из файла (страница 112)
работающих прн температуре, 'С: ЫЗО 4 Ыой серебро остальное до 700 до !000 1200 †16 16 — 30% Сг, 6 — 25% Х1, Π— 4% Мо !Т1 илн Хг1, менее 0,2 С, остальное железо Инертный газ методы позволяют получать соединения, удовлетворякшие многим, но не всем, условиям работы графитовых деталей, так как свойства их в значительной степени отличаются от свойств графиза и определяются свойствами промежуточного материала. Соединение графита с графитом может быть осушествл.но механическими методами (болтовые соединения, соединения с помощью муфт, запрессовкой и др.). И1ироко используют склеивание; при этом применяют различные замазки (арамзитовую, базальтовую, фугеровочную и др.). Эти методы соединения имеют недостатки: увеличиваются габариты изделия, не достигаетея герметичность изделий, недостаточная стойкость в агрессивных средах, малая работая температура и г.
п. В связи с этим использование механических методов соединения ограничено. Наибольшее распространение для соединения графитовых деталей получила пайка. Основное затруднение при пайке графита состоит в различном КЛР тра. фита и припоя. Значительное различие КЛР приводит к возникновению трешин в ивяном сгединении. К припоям, используемым для пайки графита, предъяв ляются следующие требования: хорошая смачиваемость графита, жидкотекучесть, обеспечение высокой прочности, достаточной пластичности соединения и др.
В патентах приводится большое количество различных припоев для пайки графита. Некоторые из них приведены в табл. 14. При пайке графита с графитом необходимо соблюдать требования, предъявляемые к сборке под пайку и к процессу пайки: 1) соблюдение минимальных зазоров между деталями; 2) предварительная дегазация графитовых деталей; 3) обеспечение защиты места пайки флюсами, инертными газами или вакуумом; 4) использование оптимального количества припоя.
Методы пайки припоями используют достаточно широко, однако основным недостатком этого метода является невысокая рабочая температура ивяного соединения. и «ое состоян е ь Способ соединения графитовых дета- ьи лей пайкой с получением шва, состоящего ч~в ь из карбидообразугощего металла, заклю чается в том, что некоторые металлы Ф 14ОООК 100ягсгснг1 (титан, цирконий, молибден, ниобий и др.) при 2000 — 2500 С интенсивно взаимо- Ф Гаеовое состояние действуют с углеродом, образуя карбиды. ф Температура плавления таких карбидов высока (Т1С вЂ” 3150' С, ХгС вЂ” 3530' С, МоС вЂ” 2700' С, ХЬС вЂ” 3480' С, ТаС— 3880' С), поэтому соединения графита с Рис. 1О. Диаграмма агрегатного карбидной связкой обладают высокой состояния углерода жаропрочностью.
Процесс пайки состоит в том, что нанесенные на соединяемые поверхности карбидообразуюшие металлы (металлизацией, пастами, прокладкой фольги и т. п.) подвергают нагреву различными способами (электроконтактными, индукционными, в печах сопротивления и др.). Процесс пайки рекомендуется производить в два этапа. На первом этапе детали нагревают до температуры, превышающей температуру плавления припоя на 30 — 50' С, для того, чтобы металл расплавился и пропитал соединяемые графитовые поверхности.
После этого температуру повышают до температуры полной карбидизации металла. Для титанового припоя температура нагрева для первого этапа составляет 1650' С и для второго 2200' С. Соединение при этом способе пайки образуется за счет проникновения в графит и последующей кристаллизации жидкого расплава эвтектнческого состава типа МеС вЂ” С. Прочность соединения зависит от глубины проникновения расплавленной эвтектики.
Сварные соединения обладают удовлетворительной прочностью, если эвтектический расплав проникает на глубину не менее 2 мм. Сварка графита. Дуговая сварка, Создание монолитных соединений затрудняется тем, что при атмосферном давлении нельзя получить графит в жидком состоянии, так как при температурах значительно более низких, чем температура точки плавления, наблюдается интенсивная сублимация графита. Плавление графита может происходить лишь при давлениях выше 100 кгс!см' и температуре, превышающей 4000 К (рис. 10).
Следовательно, сваривать графит с графитом, с применением обычных способов создания неразъемного соединения путем расплавления, последующего охлаждения и кристаллизации графита в сварном соединении необходимо в герметичных камерах высокого давления (150 — 200 кгс/сма), что усложняет сварку, ограничивает размеры детали и затрудняет эксплуатацию установки. При классической схеме плавления соединяемых деталей сварка происходит в камере с инертной атмосферой при давлении 160 †1 кгс/смв. Между графитовым стержнем и блоком графита возбуждают дугу, которая плавит графит.
После охлаждения и кристаллизации расплава образуется сварное соединение. Работы, проведенные в ИЭС им. Е. О. Патона, показали, что прочность графитового Пайка и сварка нежеталлииеских материалов Пайка и сварка графита соединения, полученного таким способом, значительно ниже прочности основного материала вследствие низкой прочности переплавленного графита. Способ сварки при высоком давлении связан с созданием массивных камер высокого давления, эксг)луатация которых в производственных условиях представляет значительные трудности, а образующийся графит мягок и по прочности значительно уступает свариваемому графиту.
Иной способ сварки графита при атмосферном давлении, предложенный в МЭИ, состоит в том, что используют особенность горения интенсивной (плотность тока 40 — 100 А/см') угольной дуги, Высокоиптенсивная угольная дуга при определенных условиях переносит часть испаряющегося анодного материала на катод. На этой основе разработан метод дуговой сварки угольным электродом графита с графитом, заключающийся в испарении анодного материала и последующей кристаллизации паров графита на катоде-изделии.
При высокой плотности тока в дуге на аноде выделяется большое количество энергии, вследствие чего материал анода интенсивно испаряется. На поверхности анода возникают потоки (факелы) паров графита, движущиеся с большой скоростью (до 10 — 50 м/с). Часть испарившегося материала переходит в дуге в ионизированное состояние, и поток вливается в общий поток, направленный от анода к катоду. Этот поток увлекает за собой и незаряженные частицы углерода в виде нейтральных атомов и мелко- дисперсных частиц. На катоде пары графита охлаждаются и кристаллизуются, переходя непосредственно из газовой фазы в твердую.
При этом образуются проч. ные связи со свариваемым графитом и характерная структура графита шва. Установки для сварки графита имеют головку, обеспечивающую автоматическую подачу электрода, пульт управления, кожух для защиты от излучения и вентиляционное устройство для отсоса газов, выделяющихся при сварке. Различают головки двух типов: с подачей электрода без вращения и с вращением. Скорость подачи электрода 4 — 11 м/ч. В сварочных голонках для стабилизации горения дуги применяют магнитное дутье.
Питание дуги осущесгвляется от двух параллельно соединенных генераторов ПС-ЗООМ или одном ПС-1000. Исследования шлифов из графитовых наплавок показали, что наплавленный графит плотный и имеет слоистое строение. В местах перехода от наплавленного графита к основному дефектов не обнаружено.
Соединение наплавленного графита с основным хорошее. При большом увеличении в наплавленном графите наблюдаются характерные для пирографита конусы из кристаллического графита. При сварке на повышенном режиме с использованием электродов больших диаметров микроструктура наплавки состоит из мелких кристаллов графита, равномерно распределенных по всему полю. Плотность графита сварного соединения 1,8— 1,85 г/см2, т. е. выше плотности основного материала графита, полученного методом спекания. Однородные слои, имеющие весьма плотное строение, чередуются с менее плотным межслойным пространством. В случае применения мощной дуги плотность соединения 2,08 г/см2. Прочность сварных соединений графита приведена на рис.
11. Коэффициент наплавки а„= 1 г/(А ч) получен при скорости подачи 11 м/ч, токе 160 А и напряжении 40 В. Малый коэффициент наплавки по сравнению с тем, который получается при сварке сталей, объясняется меньшей плотностью графита. При всех скоростях подачи электрода увеличение мощности вызывает увеличение коэффициента наплавки, По сравнению с характеристиками основного материала плотность графита шва в большинстве случаев выше, а прочность сварных соединений графитовых материалов примерно такая же. Технология дуговой сварки графита позволяет получать соединения графита с графитом различных типов. Сварка нагревом в жидких углеводородах.
В МЭИ были проведены работы по соединению графитовых материалов с получением сварного соединения, не отличающегося по свойствам от основного графита. Для сварки графитовых материалов было использовано разложение химических соединений углерода при нагреве их до высоких температур. Способ сварки деталей из графитовых материалов заключается в том, чго две свариваемые детали / (рис. 12) укрепляют в токопроводах 2 приспособления для сварки и опускают в бак 3, наполненный жидки ьи углеводоротами (маслом и чр ) детали нагреваются проходящим током сварочного источника питаниЯ 4 (типа ПС-500 или ТСД-1000), При прохожд ни электрического тока свариваемые детали нагреваю ° до Высоких темпера Вокруг места сварки на нагретых деталях образуется область паров минерального масла. При соприкосновении паров минеральных масел С Н с деталью нагр Л 2Л до 00 С, происходит разложение паров масла с осаждением на поверхности детали углерода и выделением газов.
При разложении паров масел типа С„Н,л образующиеся атомы углерода связываются с поверхностными активными атомами графита детали. В результате последовательного осаждения атомов углерода происходит образование весьма плотного графита шва, соединяющего свариваемые детали. Для получения качественного сварного шва необходимо, чтобы разложение соединения происходило как можно ближе к поверхности деталей или непосредственно на ее поверхности. кгс де 40 нгс йонг О,тб О 40 дйа я/4 Рис. 11. Схема испытания и прочность сварных соединений графита Диаметр стержня 10 мм Рис.
12. Схема процесса сварки графита нагревом в минеральном масле При этом возможно полное разложение соединения СлН2„ с образованием атомов водорода или перестройка предельных углеводородов в непредельные. Хихтический анализ показал, что 602~~ отходящих газов составляют газы гомологического ряда метана и около 4~~2 водород. В процессе сварки графита нагревом в жидких углеводородах происходит процесс полного разложения углеводородов по реакции нагрев ЛС СлН2„— — + аЩ и процесс неполного разложения причем большую долю занимает второй процесс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
