Выбор с обоснованием сварочных материалов

• Газ:

Ar (аргон) - высшего сорта (99,99% Ar)

Не (гелий) - высокой чистоты.

• Электроды:

Вольфрамовые (лантанированные или итрированные) ЭВЛ, ЭВИ.

• Проволока:

Сварочная проволока по составу схожа с основным металлом и не требует дополнительного легирования вследствие того, что при его сварке не образовываются горячие трещины. (ВТ1 – 00).

Для сварки a и псевдо a сплавов средней прочности используют проволока ВТ2св (2...3% Al).

Для прочных a+b и b сплавов используют проволоки ВТ6св, ВТ20-1св,

СПТ – 2. Это высокопрочные проволоки.

Также используют порошковую присадочную проволоку ППТ - 1, ППТ - 2,...

• Флюс:

Используется безкислородные флюсы. Для сварки плавящимся электродом АНТ – 1, АНТ – 3, АНТ – 7 (хлоридно – фторидные). Т_пл – 1400 ⁰С.

Для сварки неплавящимся электродом используют флюсы - пасты:

АНТ - 23А - до 3 мм, АНТ - 17А - от 3 до 6 мм.

Для высоколегированных сплавов используют флюс ФАН - 1.

Особенности технологии и техники сварки

1) Обязательным условием получения качественного соединения является надежная защита, не только расплавленного металла, а и участков нерасплавленного металла нагретых до Т ³ 300... 350 ⁰С.

По цветам побежалости можно предварительно выяснить степень соответствия шва заданному качеству:

Серебристый - защита качественная, шов соответственно;

Желтый - плохо, но допустим. Такие швы пригодны к эксплуатации;

Синий - плохо, такие швы уже не допустимы;

Серый, матовый - не допустимый шов, защита очень плохая.

Для надежной защиты используют защитные камеры:

а) камеры - насадки для местной защиты соединения;

б) для общей защиты соединения;

в) камеры, в которых может находиться сварщик.

2) В связи с малой теплороводностью титана, для его сварки нужны концентрированные источники нагревания. Титановые швы по форме отличаются от стальных. Эти швы узкие и имеют большую глубину проплавления.

3) При сваривании плавящимся электродом длина вылета составляет приблизительно 5d_e.

4) Вследствие высокого коэффициента поверхностного натяжения обеспечивается благоприятное формирование шва в подвещеном состоянии.

5) Разработка кромок титановых деталей практически не отличается от стальных.

6) Рекомендации по режимам сварки:

Сложности при сварке титана создают его склонность к росту зерна при нагревании до температур (особенно в зоне b - фазы). Этому оказывает содействие и низкая теплороводность титана, так как увеличивается время пребывания ванны в жидком состоянии. Для предотвращения этого рекомендуют разные варианты режимов сварки для разных сплавов. Оптимальным критерием, который определяет режим, является оптимальная скорость охлаждения при которой пластичность зоны ЗТВ - максимальная.

 

Термическая обработка титановых сплавов.

a и псевдо a сплавы термически не упрочняются и потому сварные соединения этих сплавов не подвергают термообработке кроме отпала для снятия остаточных напряжений.

Т_н = 500... 600 ⁰С

t = 0,5...1 ч.

Охлаждают вместе с печью. Для получения оптимального соотношения прочности и пластичности сварных соединений с a b (сплавов применяют двухстадийный полный отпал:

Первая стадия:

Т_нагр. = 870... 920 ⁰С

t - (выдержка) - несколько часов

Вторая стадия:

Т_нагр. = 650 ⁰С

t - (выдержка) - приблизительно 2 часа

охлаждение на воздухе.

Наиболее эффективная термообработка для усиления, которая состоит из закалки на воздухе и старение (Т_нагр. = 860... 920 ⁰С – закалка, старение Т = 450 ⁰С с выдержкой до 25 часов).

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ

Состав структура свойства и применение химически активных и тугоплавких металлов

В связи с развитием новых областей техники расширяется применение химически активных металлов и сплавов на их основе, особенно металлов “большой четверки”: ниобий, тантал, молибден, и вольфрам. Ванадий и хром менее тугоплавкие, но имеют ценный комплекс свойств, благодаря чему они перспективны.

Физические свойства

Ме	Группа	Плотность г/см3 при 200С	Тпл, 0С	Ткп, 0С	Удельная тепло-емкость Дж/кг.К	Коэффициент теплороводности Вт/г. к	Удельное электрическое сопротивление (при 200С)
V	V a	6,1					19,6
Nb	V a	8,57				52,5	15,22
Ta	V a	16,65				54,5	12,4
Cr	VI a	7,19				67,1	12,8
Mo	VI a	10,22					5,2
W	VI a	19,35					5,5
Fe	VIII	7,87					9,7

 

Метали V a подгруппы имеют сравнительно с Fe большую Т_пл (И в 2 раза), меньшую теплоемкость и теплороводность и большее электрическое сопротивление, И имеет приблизительно в два раза большую плотность.

Метали VІ a подгруппы тоже имеют большую сравнительно с железом Т_пл (особенно W), меньшую теплоемкость, большую (кроме Cr) теплороводность (приблизительно в два раза), меньшее (кроме Cr) электросопративление (приблизительно в два раза).

Все эти металлы не имеют полиморфных преобразований (W-?), и имеют одну модификацию - ОЦК кристаллическую решетку.

 

Механические свойства

Металл	sв, кг/мм2;	d, %.
V	17,6-44,2	25-40
Nb	35,5-49,1	30-40
Ta	19,6-44,2	30-50
Cr	29,4-68,6	12-40
Mo	39,3-68,6	15-30
W	118 – 137,5	хрупкий (0)
Fe

 

Технические V, Nb, Ta – имеют удовлетворительную прочность (s_в= 20-50 кг/мм²), хорошую пластичность (d = 25-50 %). Технические металлы V a подгруппы удовлетворительно деформируются и свариваются. Из них изготовляют листы, полосы, прутки, проволоку.

Метали VІ a подгруппы более склонны к охрупчиванию. Они плохо обрабатываются и ограниченно свариваются.

Химические свойства

Все эти металлы имеют большое сродство к газам: О₂, N₂, Н₂, особенно при высоких температурах (больше 300 – 400 ⁰С). Они образовывают окислы, химические соединения, растворы укоренения. В результате взаимодействия металлов с газами происходит уменьшение их пластичности (особенно сильно охрупчиваются Mo и W).

Все металлы имеют высокую коррозийную стойкость в ряде агрессивных сред, в частности в морской воде, кислотах, щелочах и в расплавленных металлах (Pb, Na), наиболее стойкий - Та.

Состав

Марки технических металлов:

- технический ванадий Вн М-1, Вн М-2;

- технический ниобий Нб1, Нб2, Нб3, НВЧ, НВЧ-1;

- технический тантал ТВЧ, ТВЧ-1;

- технический молибден МЧВП, ЦМ1;

- технический хром Х0, Х1, Х2, ВХ-1;

- технический вольфрам В-ПМ.

В промышленности используют преимущественно сплавы этих металлов.

Легирование металлов Va подгруппы такими элементами, как: Тi, Zr, Mo, Al, W, C, B и др. позволяет повысить их прочность, жаростойкость и жаропрочность.

Наиболее широко применяют ниобиевые сплавы с легирующими примесями - Mo, W, Zr, V - до 10%.

ВН2, ВН2А, ВНЧ – высокая прочность до Т= 1000 – 1370 ⁰С, удовлетворительно свариваются.

Применяются в химическом машиностроении, в конструкциях атомных реакторов, трубопроводах с жидкими металлами - теплоносителями

(л. э. - Мо, W, V, Zr, Hf) - до 10%.

 

Тугоплавкие сплавы – наиболее коррозионностойкие и жаропрочные (до Т=1750- 1800 ⁰С), эти сплавы имеют хорошую свариваемость.

Тантал применяется в медицине (стрежни, скобы,...).

Метали VI a подгруппы легируют такими элементами: Ti, Zr, Hf – в небольших количествах, Re (больше 20-25%), в небольших количествах С (0,04-0,06%), В (0,001 – 0,003%) – повышает пластичность. На металлы VI a подгруппы благоприятно влияет рений при содержании его (>20-25%), он повышает прочность и пластичность и резко уменьшает склонность к хладноломкости.

Сплавы Re с W, Мо - наиболее жаропрочные, и имеют наилучшую свариваемость.

Молибденовые сплавы применяются в качестве жаропрочных конструкционных материалов – для Т<2000 ⁰С (ВМ1, ВМ2, ВМ3, ЦМ5, ЦМ6, ВМ1Д, ТСМ3, ТСМ4).

Вольфрамовые сплавы имеют повышенную жаропрочность, а в некоторых случаях и пластичность и пластичность сравнительно с чистым W – свариваемость ограничена. Сплавы W с Nb (£ 2%Nb), Mo (£ 10-15%) и с Zr, Hf, В – пригодны для работы при Т> 3000 ⁰С. Их используют для изготовления сопл реактивных двигателей, в космической технике, для оборудования, которое работает в жидких металлах, для изготовления деталей электрических печей.