Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Склонность к растрескиванию увеличивается: а) при повышенном содержании водорода в исходном материале; б) при насыщении водородом в процессе сварки (из-за недостаточно тщательной подготовки сварочных материалов, свариваемых кромок и т. д.); в) при насыщении водородом в процессе технологической обработки сварных соединений и эксплуатации. Радикальными мерами по борьбе с трещинообразованием являются: а) снижение газов в основном и присадочном материале: (0,0080~о Н,,; ~0,1 — 0,12% Оз; (0,040~о М; б) соблюдение правильной технологии сварки для предотвращения попадания паров воды и вредных газов в зону сварки (тщательная подготовка и зачистка сварочных материалов и свариваемого металла, надежная защита металла в зоне сварки и рациональный подбор режимов сварки); для уменьшения склонности к замедленному разрушению целесообразно и- и псевдо о.-сплавы титана сваривать на жестких режимах; а+ 1)-сплавы — на относительно мягких (скорость охлаждения 1Π— 20 С/с); в) снятие остаточных сварочных напряжений; г) предотвращение возможности наводороживания сварных соединений при эксплуатации путем выбора сплавов рациональной композиции для работы в средах, где возможно насыщение водородом.
Поры в сварных соединениях, которые чаще располагаются в виде цепочки по зоне сплавления, снижают статическую и динамическую прочность сварных соединений. Их образование 118) может вызываться попаданием водорода вместе с адсорбированной влагой на присадочной проволоке, флюсе, кромках свариваемых изделий или из атмосферы при нарушении защиты. Перераспределение водорода в зоне сварки в результате термодиффузионных процессов при сварке также может привести к пористости. Растворимость водорода в титане уменьшается с повышением температуры. Поэтому в процессе сварки титана водород диффундирует от зон максимальных температур в менее нагретые области, от шва к основному металлу.
Основными мерами борьбы с порами, вызванными водородом при качественном исходном материале, является тщательная подготовка сварочных материалов: прокалка флюса, применение защитного газа гарантированного качества, вакуумная дегазация и зачистка перед сваркой сварочной проволоки и свариваемых кромок (удаление альфированного слоя травлением и механической обработкой, снятие адсорбированного слоя перед сваркой щетками или шабером, обезжиривание), соблюдение защиты и технологии сварки. В сварном шве поры могут образоваться вследствие: а) задержания пузырьков инертного газа кристаллизующимся металлом сварочной ванны при сварке титана в среде защитных газов; б) «захлопывания» микрообъемов газовой фазы, локализованных на кромках стыка, при совместном деформировании кромок в процессе сварки; в) химических реакций между поверхностными загрязнениями и влагой и т. д.
При сварке титана плавлением требуются концентрированные источники тепла. Однако в связи с более низким, чем у стали, коэффициентом теплопроводности (в 4 раза), более высоким электрическим сопротивлением (в 5 раз) и меньшей теплоемкостью для сварки плавлением титана тратится меньше энергии, чем при сварке углеродистых сталей. Вследствие низких коэффициентов теплопроводности, линейного расширения и модуля упругости остаточные напряжения в сварных соединениях титана меньше предела текучести и составляют для большинства титановых сплавов (0,6 †: 0,8) о„,, основного металла.
Наиболее высокие остаточные напряжения возникают в сварных соединениях однофазных как и-, так и р-титановых сплавов или у слабо гетерогенизированных сплавов такого типа (рис. 10). ' м~ Высокий коэффициент поверхностного натяжения титана (около 1500 эрг,см прн температуре кристаллизации в вакууме и атмосфере гелия) в сочетании с ма- 305 304 Сварка тугоплавких металлов и их сплавов Сварка титана, циркония и гафния ис/впг зе ге Рис.
10. Изменение максимальных растягивающих остаточных напряжений в сварных соединениях (листы толщиной 2 мм), выполненных аргонодуговой сваркой различных сплавов в зависимости от количества р-фазы (содержания р-стабилизирующего элемента) [41 лой вязкостью в расплавленном состоянии (с повышением температуры козффициент вязкости изменяется от 0,89 сСт при 1730 'С до 0,37 сСт при 1920 'С) увеличивает опасность прожогов и вызывает необходимость более тщательной сборки деталей под сварку по сравнению с деталями из сталей. Свариваемые детали разрезают механическим путем.
В качестве предварительного метода разрезки с последующей механической обработкой кромок может быть использована также газовая и плазменная резка. Газовую резку титана производят на повышенной, по сравнению со сталью, скорости при одновременном снижении мощности подогревающего пламени из-за более интенсивного выделения тепла в зоне реза. Сварные соединения, выполненные непосредственно после газовой сварки, обладщот низкой пластичностью и склонны к растрескивапню в условиях напряженного состояния. Удаление поверхностного слоя после газовой резки механическим путем на глубину 1 мм позволяет получить качественное сварное соединение.
Принципиально разделка кромок при >о сварке титановых сплавов не отличается от разделок, применяемых для сталей. В зависимости от толщины свариваемого калеча ео р-фа>иешее,% металла сварку производят без разделки, с Ъ'-, 1~-, Х- и рюмкообразными разделками, а также применяют замковые соединения. Сварку деталей из титановых сплавов производят после того, как снимут газонасыщенный (альфированный) слой. Такой обработке должны быть подвергнуты детали, изготовленные методом пластической деформации (поковки, штамповки н т. д.), а также детали, прошедшие термическую обработку в печах без защитной атмосферы. Удаление альфированного слоя с применением травителей предусматривает: а) предварительное рыхление альфированного слоя дробеструйной илн пескоструйной обработкой; б) травление в растворе„содержащем 40% НР, 40% НХОз, 20% Н,О или 50% НР и 50% НХОа, увеличение времени травления выше оптимального (>25 с) приводит к взрыхлению поверхностных слоев металла, повышенной сорбции ингредиентов среды и увеличению порообразования при сварке; в) последующую зачистку кромок па участке шириной 10 — 15 мм с каждой стороны металлическими щетками или шаберами для удаления тонкого слоя металла, насыщенного водородом при травлении.
Механическое удаление альфированного слоя (зачнстка шабером) непосредственно перед сваркой обеспечивает лучшие результаты. Перед началом сборочно-сварочных работ необходимо очистить детали от загрязнений металлической щеткой и обезжирнть органическим растворителем. В качестве органических растворителей можно использовать ацетон и бензин.
Технология обезжиривания рекомендуется следующая: промывка свариваемых кромок и прилегающих к ним поверхностей на ширину не менее 20 мм (бязью, капроновыми или волосяными щетками) бензином марки Б-70 и последующая промывка этиловым спиртом-ректификатом или ацетоном; допускается промывка ацетоном. При сборке конструкций из титана под сварку необходимо соблюдать следующие особенности: а) в связи с жидкотекучестью и высоким коэффициентом поверхностного натяжения расплавленного титана необходимо более высокое качество сборки; б) недопустимы правка и подгонка деталей с использованием местного нагрева газовым пламенем; в) правка и подготовка деталей в холодном состоянии затруднена в связи со значительным пружинением титана; г) необходима надежная защита шва при сварке плавлением от доступа воздуха с обратной стороны шва при выполнении прихваток.
В качестве присадочпых материалов при сварке титана плавлением используют холоднотянутую проволоку и прутки, изготовленные из листового металла. Выбор сварочной проволоки определяется условиями сварки и эксплуатации конструкций. Состав проволоки должен быть близок к составу основного металла. Сварочную проволоку из титана и его сплавов изготовляют диаметром 0,8 — 7 мм. Проволоку подвергают вакуумному отжигу.
При соблюдении рассмотренных требований к качеству исходного материала, подготовки под сварку, технологии сварки свариваемость сплавов титана можно характеризовать следующим образом. Высокопластичные малопрочные титановые сплавы (о, < 70 кгс/мм') ОТ4-0, ОТ4-1, АТ2, а также технический титан ВТ1-00, ВТ!-0, ВТ!-1 обладают хорошей свариваемостью всеми приемлемыми для титана видами сварки; прочность и пластичность сварных соединений близка к прочности и пластичносги основного металла. Сваривасмость титановых сплавов средней прочности (о = — 75 —:100 кгс/мм2) различна. Сптавы ОТ4, ВТ5, ВТ5-1, 4201 (11-сплав) обладают хорошей свариваемостью различными методами; механические свойства сварных соединений также близки к механическим свойствам основного металла.
Сплавы АТЗ, ВТ4, АТ4, СТ5, ВТ20, ОТ4-2 обладают хорошей свариваемостью, однако прочность н пластичность сварных соединений снижаются на 5 — 10% по сравнению с прочностью и пластичностью основного металла. Сплав ВТ6С обладает удовлетворительной свариваемостью при сварке плавлением и контактной сварке. Предел прочности сварного соединения, выполненного сваркой плавлением, не менее 90% предела прочности основного металла.
Большинство высокопрочных сплавов обладает удовлетворительной свариваемостью. Сплавы ВТ16, ВТ23, ВТ15, ТС6 предназначены для применения в термически упрочненном состоянии, сплавы ВТ6, ВТ14, ВТЗ-1 и ВТ22 — как в термически упрочненном, так и в отожженном состоянии. Оптимальные свойства сварных соединений достигаются после термической обработки. Для титана и его сплавов, а также сварных соединений применяют в основном следующие виды термической обработки: отжиг, закалку и старение Я. В конструкциях титановые сплавы можно использовать в состоянии после прокатки или отжита или в состоянии после упрочняющей термической обработки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
