8 (1088755), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При низких температурах растворимость О в твердой Си мала и резко возрастает в жидкой Си за счет образования Си2О, которая при затвердевании выделяется в виде эвтектики Си—Си2О, располагаясь по границам кристаллитов. При рассмотрении под микроскопом Си2О имеет голубоватую окраску в рассеянном свете и рубиново-красную в поляризованном, что является ее характерной особенностью, СигО, как отдельная, фаза легко восстанавливается до меди
Газы, образующиеся в результате этих реакций, в меди не растворяются и, создавая большие давления, приводят к образованию трещин, возникает так называемая «водородная болезнь» меди.
Кислород, содержащийся в меди, ухудшает ее пластичность, повышает твердость, уменьшает тепло- и электропроводность.
Взаимодействие с серой. Диаграмма состояния Си—S приведена на рис. 27.2. Сера хорошо растворима в жидкой Си и практически не растворима в твердой. Содержание S в Си регламентируется ГОСТ 859—78 и ее присутствие в ограниченном количестве до 0,1 % (по массе) существенно не отражается на процессе сварки.
Взаимодействие с водородом. Водород влияет на качество сварных соединений из Си и ее сплавов, вызывая пористость в металле шва и образо вание трещин. Водород растворяется в Си в соответствии с законом Си-вертса и его растворимость зависит от температуры и парциального давления в газовой атмосфере. Растворимость Η в Си в процессе кристаллизации изменяется почти в два раза сильнее, чем в железе (рис. 27.3), это приводит к тому, что при высокой скорости кристаллизации сварочной ванны при сварке меди газ не успевает выделяться из металла, образуя поры или концентрируясь в микронесплошностях, создает высокое давление, приводящее к зарождению трещины. При сварке не исключена возможность образования дефектов в результате термической диффузии Η из основного металла к шву. Концентрируясь вблизи линии сплавления, Η создает пористость в околошовной зоне. Поэтому при сварке ответственных изделий из Си, в которых необходима высокая плотность металла, к основному металлу необходимо предъявлять жесткие требования по содержанию в нем водорода. Электрошлаковый переплав или вакуумная плавка значительдо снижают содержание Η в Си.
Общие вопросы свариваемости [2] определяются влиянием термического цикла сварки на физические свойства металла: его прочность и пластичность. Для Си эти свойства будут зависеть от степени ее чистоты. Так, Си с повышенной концентрацией водорода может иметь провал пластичности в интервале температур 350—450°, который для чистой меди обычно не регистрируется.
Сварка чистой Си существенно отличается от сварки сталей в силу особенностей теплофизических свойств этих металлов. Большие тепло- и температуропроводности Си создают высокие градиенты температуры и скорости охлаждения, а также определяют малое время существования сварочной ванны, что требует применения повышенной погонной энергии или предварительного подогрева, а это является нежелательным осложнением технологии сварки. Значительный коэффициент линейного расширения и его зависимость от температуры вызывают необходимость сварки при жестком закреплении кромок или по прихваткам. При большой толщине металла следует регулировать величину зазора при сварке. Малое время существования сварочной ванны в жидком состоянии ограничивает возможности ее металлургической обработки. В частности, при раскислении меди требуются более активные раскислители, чем при сварке сталей.
1.1 Сопротивляемость горячим трещинам
Особенностью сварки Си и ее сплавов является склонность швов к образованию горячих трещин. Кислород, сурьма, висмут, сера и свинец образуют с медью легкоплавкие эвтектики, которые скапливаются по границам кристаллитов. Это требует ограничения содержания примесей в меди: О2 — до 0,03, Bi — до 0,003, Sb — до 0,005, РЬ —до 0,03% (по массе) [3]. Для ответственных конструкций содержание этих примесей должно быть еще ниже: O2<0,0J, Bi<0,0005, Pb<0,004 % [3]. Для особо ответственных изделий содержание Ог должно быть значительно ниже — менее 0,003% (по массе). Содержание S не должно превышать 0,1 % (по массе).
1.2 Склонность к порообразованию
Медь и ее сплавы проявляют повышенную склонность к образованию пор в металле шва и околошовной зоне. Причиной образования пор является водород, водяные пары или образующийся углекислый газ при взаимодействии окиси углерода с закисью меди.
Высокие градиенты температуры способствуют развитию термической диффузии водорода в зоне термического влияния, что приводит к сегрегации водорода вблизи линии сплавления и увеличивает вероятность возникновения дефектов: пор, трещин [4]. Растворимость водорода в меди зависит от содержания в ней кислорода и легирующих компонентов.
При сварке латуней причиной пористости может стать испарение Zn, температура кипения которого ниже температуры плавления Си и составляет 907 °С. Испарение Zn уменьшает введение Mn или Si.
При сварке бронз выгорание легирующих примесей также может стать причиной появления пористости.
Для сварки меди и её сплавов применяют такие способы сварки как:газовая сварка; Ручная сварк,которая выполняется на постоянном токе обратной полярности; Автоматическая сварка под флюсом. Основным преимуществом автоматической сварки Си под флюсом является возможность получения стабильных высоких механических свойств без предварительного подогрева;
Другие способы сварки. Медь, как металл высокой пластичности, хорошо сваривается всеми видами сварки термомеханического* класса, кроме контактной сварки, так как медь обладает малым переходным электрическим сопротивлением. Для приварки выводов из тонких медных проволок в изделиях электронной техники используют термокомпрессионную сварку. Для более крупных изделий сложной конфигурации широко применяют диффузионную сварку в вакууме, позволяющую получать соединения меди не только с медью, но и с другими металлами и даже неметаллическими материалами.
Холодную сварку меди пластической деформацией сдвига или сдавливания используют для сварки медных шин в энергетических установках. В этом случае обеспечивается удовлетворительное электрическое сопротивление сварных соединений.
8.5 Свариваемость никеля и его сплавов
Характерной особенностью никеля является сохранение пластических свойств при высоких и низких температурах (табл. 28.1) [3].
Никель обладает высокой коррозионной стойкостью при обычной температуре и при нагревании. При обычной температуре воздух и вода не действуют на металлический никель. При нагревании Ni взаимодействует с О2, S, Se, Sb, Ρ, С, Si и В. Никель в твердом и расплавленном состоянии поглощает водород больше, чем медь.
2.1 Основные марки, структура и механические свойства
Никелевые сплавы, содержащие 55 % и более Ni, являются важнейшими конструкционными материалами благодаря их высокой коррозионной стойкости, жаростойкости и жаропрочности, достаточной пластичности. Наиболее распространены сплавы Ni с Си, Cr, Mo, Al, Fe, Ti, Be. Никелевые сплавы условно можно разделить на четыре группы: конструкционные, тер-моэлектродные, жаростойкие и сплавы с особыми свойствами. К первой группе относятся сплавы на медноникелевой основе (монель, мельхиор, нейзильбер и др.). Их химический состав определяется ГОСТ 492—73. Конструкционные сплавы отличаются повышенными механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью. Один из наиболее распространенных сплавов этой группы сплав монель НМЖМц-28-2,5-1,5 имеет структуру типа твердого раствора. Предел прочности этого сплава выше 440 МПа, относительное удлинение больше 25 %, он хорошо обрабатывается в холодном и горячем состоянии, удовлетворительно сваривается.
Ко второй группе относятся сплавы типа хромель, алюмель, копель, манганин, константан. Эти сплавы отличаются большой электродвижущей силой и высоким удельным сопротивлением при малом температурном коэффициенте электросопротивления. Применяются они для изготовления прецизионных приборов, термопар и компенсационных проводов.
К третьей группе относятся нихромы, отличающиеся высокой жаропрочностью и жаростойкостью и применяющиеся главным образом для изготовления электронагревательных приборов, потенциометрических обмоток, малогабаритных сопротивлений. Химический состав сплавов этой группы определяется ГОСТ 5632—72, ГОСТ 12766—67. Основными компонентами этой группы никелевых сплавов являются хром и железо.
К четвертой группе можно отнести сплавы, обладающие высокой проницаемостью в магнитных полях, например пермаллой, сплавы с особыми упругими свойствами (инвар) и другие (ГОСТ 10-160—75). Пермаллой применяют для изготовления сердечников трансформаторов, деталей реле, маг-нитопроводов и других устройств.
Сплавы с особыми упругими свойствами (инвар 36Н, ковар 29НК) (ГОСТ 10994—76) имеют заданную величину коэффициента теплового расширения и применяются для изготовления деталей, практически не ^изменя-ющих свои линейные размеры в интервале температур —60ч-+100°С, или, наоборот, для создания термобиметаллов, состоящих из нескольких слоев металла или сплава с различными коэффициентами теплового расширения. Слои термобиметалла прочно соединяются между собой по всей поверхности сопротивления сваркой. При изготовлении термобиметаллических элементов к материалу предъявляются повышенные требования по свариваемости.
2.2 Сопротивляемость кристаллизационным трещинам
Сварка Ni и его сплавов затруднена вследствие высокой чувствительности к примесям. Наиболее отрицательное влияние на качество сварных швов оказывают С и S. Содержание С ограничивают до 0,15% (по массе), а в некоторых сплавах — до 0,05 % (по массе).
Сера обладает большим химическим сродством к никелю. Особенно это заметно при температурах выше 400 °С, когда в течение.короткого времени образуется сульфид никеля, дающий легкоплавкую эвтектику с никелем с температурой плавления 645 °С, которая располагается по границам зерен металла и может привести к появлению кристаллизационных трещин. Сульфид никеля может образоваться, если с никелем соприкасаются материалы, которые содержат даже небольшие количества серы, например горючие материалы, масла, краски и т. д. Количество серы в сплавах ограничивают 0,005%—0,03% (по массе). Введение в сплав небольшого количества лития [0,004—0,006% (по массе)] резко уменьшает влияние серы [8].
Фосфор образует эвтектику №зР—Ni с температурой плавления 880 °С и также может привести к появлению кристаллизационных трещин, его содержание ограничивают 0,005 % (по массе). Свинец и висмут снижают технологические свойства никелевых сплавов, их содержание ограничивают 0,002— 0,005% (по массе).
2.3 Склонность к порообразованию
Никель и его сплавы проявляют большую склонность к образованию пор вследствие хорошей растворимости в расплавленном металле азота, водорода, кислорода и резкого снижения растворимости при затвердевании металла. Легирование шва Ti, Сг и V уменьшает пористость, а легирование Mn, С, Si, Fe увеличивает. При аргонодуговой сварке вероятность образования пор уменьшается с повышением качества защиты зоны сварки.
2.4 Физико-химические особенности
При сварке Ni и его сплавов, особенно с Си, основной металл не претерпевает структурных превращений, не закаливается, поэтому нет необходимости применять предварительный подогрев или последующую термообработку.
Некоторые сплавы Ni, особенно с Сг и Мо, проявляют склонность к межкристаллитной коррозии, для предотвращения которой сварное соединение подвергают отжигу. Сваривать такие
сплавы газовой сваркой нежелательно, так как длительное воздействие высокой температуры может привести к понижению коррозионной стойкости.
При сварке никеля и его сплавов для улучшения свариваемости приходится вводить в зону сварки легирующие компоненты, поэтому химический состав сварного шва отличается от основного металла.
В зависимости от способа сварки никеля могут быть применены различные методы легирования металла шва. Наиболее надежным методом легирования является применение электродной проволоки определенного состава в сочетании с пассивным нелегирующим электродным покрытием, с флюсом или использование сварки в инертных газах.
2.5 Способы сварки. Преимуществом аргоно-дуговой сварки является возможность обеспечения качественной защиты инертным газом сварочной ванны от взаимодействия с компонентами воздуха СЬ, N2, Нг, в результате чего предупреждается порообразование, трещино-образование и другие дефекты. При недостаточной защите поверхность шва становится складчатой, и на рентгенограммах сварных соединений оксидные плены в складках шва могут расшифровываться как трещины.
Сборку деталей рекомендуется выполнять в зажимных приспособлениях без прихваток
При сварке никелевых сплавов с нержавеющей сталью 12Х18Н10Т в ряде случаев целесообразно смещать вольфрамовый или плавящийся электрод от стыка свариваемых кромок в сторону стали на величину, указанную в табл. 28.4, для симметричного формирования шва относительно стыка изделий.
Для повышения стойкости сварных соединений жаропрочных дисперсионно-твердеющих" никелевых сплавов против растрескивания при нагревах необходимо заготовки деталей, подлежащих сварке, подвергать стабилизирующей термической обработке. Режимы стабилизации устанавливают в каждом конкретном случае при отработке технологии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
