книги / Сварка в машиностроении. Т. 2

является добавка к аргону до 20% Н. Никель растворяет большое количество водорода как в жидком, так и в твердом состоянии. При кристаллизации никель может растворить водорода в 2 раза больше, чем аустенитная сталь, и в 3 раза больше, чем низкоуглеродистая сталь. Положительное действие водорода в зоне дуги объясняется тем, что кислород воздуха, находящийся в атмосфере дуги,

впервую очередь окисляется водородом и поэтому возможность образования закиси никеля в расплавленном металле будет сведена к минимуму; в результате устраняются и причины образования пор. Количество водорода в защитном газе необходимо строго контролировать, так как при чрезмерной его концентрации (более 20%) поры могут появиться уже вследствие избытка водорода. Этот способ сварки применим для получения однопроходных швов и корневых швов в много­ проходных швах.

Аргонодуговая сварка может осуществляться неплавящимся вольфрамовым электродом без присадочного или с присадочным металлом, а для металла повы­ шенной толщины также плавящимся электродом. С целью предупреждения пор

вметалле швов желательно применять при сварке проволоку, легированную титаном (до 3%). При использовании вольфрамового электрода аргонодуговая сварка никеля и его сплавов производится на постоянном токе прямой полярности (минус на электроде). При автоматической сварке можно использовать и перемен­ ный ток. В качестве неплавящегося электрода следует использовать вольфрамо­ вые прутки ВЛ-10 и ЭВТ-15. Чтобы избежать включений вольфрама в металле шва при зажигании дуги, возбуждение дуги следует производить на технологи­ ческой подкладке. Для облегчения зажигания дуги в сварочную цепь рекомен­ дуется включать осциллятор. Закапчивая процесс сварки, следует уменьшать сварочный ток для предотвращения образования трещин в кратере. При сварке

плавящимся электродом используют постоянный ток обратной полярности. Для начала и окончания сварки шва часто применяют заходные и выходные пла­ стины

17. Ориентировочные	режимы сварки стыковых соединений никеля
	Толщ и­	Чис­	Диаметр, мм			Расход
Разделка кромок		ло	вольфра­	присадоч­	Ток, А	аргона в
	на метал­	про­				горелку,
	ла, мм	ходов	мового	ной про­		л/мин
			электрода	волоки
Без разделки	2	1	1.5-2.0	1,0—1,5	70-90	8 -10
	4	2	2.0—2,5	1.5-2.0	80-100
V-образная	4	2	2.0-2.5	2.0—2,5	80-100	8 -1 0
	6	3		2.5 -3 .0		10-12
	10	4	2,5—3,0	3,0	100-120	10-12
Х-образная	6	2	2,0—2.5		90-120
	8			2.5-3,0		10-12
		4	2,5-3,0
	10				100-120

П р и м е ч а й и е. Расход аргона на защиту корня шва 2—3 л/мин.

Сварку никеля и никелевых сплавов вольфрамовым электродом рекоменду­ ется производить левым способом на плотно поджатой медной подкладке или с защитой корня шва аргоном.Швы желательно накладывать с минимальными поперечными колебаниями электрода и максимально возможной скоростью. Допускается также сварка широкими швами. Наклон горелки к оси шва должен

быть 45—60°, а вылет вольфрамового электрода 12—15 мм. Присадочный металл подают под углом 20—30° к оси шва. Длина дуги должна быть минимальной. При ручной сварке никеля минимальная пористость в швах достигается, если последние образованы но крайней мере на 50% за счет присадочного металла. При многопроходной сварке последующие швы необходимо накладывать после полного охлаждения металла, зачистки от шлака и обезжиривания предыдущих швов. При сварке никеля допускается охлаждение водяным душем. Швы, обра­ щенные к агрессивной среде, выполняются в последнюю очередь. Ориентировоч­ ные режимы сварки никеля приведены в табл. 17, а никелевых сплавов в табл. 18 и 19.

18.Ориентировочные режимы ручной аргонодуговой сварки стыковых соединений сплавов Н70МФ и ХН65Л\В

Толщи­	Разделка	Число	Диаметр, мм			Расход ар­
			вольфра­	приса­	Ток, А	гона в го ­
на метал­	кромок	проходов				релку,*
ла, мм			мового	дочной		л/мин
			электрода	проволоки
2	Без разделки	1	1,5-2.0	1,0-1,5	75-90	8 -10
4		2	2.0-2.5	2,0	80-100
4		2	2,0—2.5	2.0-2,5	80-100	8 -10
6	V-образная	3			90-110
				2,5-3,0		10-12
10		4	2,5—3,0		100-120
6		3	2,0-2.5	„2,5—3,0	90—120
8	Х-образная		2,5-3,0			10-12
		4
10			3,0	3.0	100-120

♦Расход аргона в подкладку 2—3 л *! Н Н .

19.Ориентировочные режимы автоматической аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом сплавов Н70МФ и ХН65МВ без разделки кромок

Толщина	Сварка без присадки			Сварка с присадочной		проволокой
металла, мм	Число	Ток,	Напряжение	Число	Ток,	Напряжение
	проходов	А	дуги, В	проходов	А	дуги, В
1,5	1 -2	100-120	10-12	1	85-90	10—12
2,0				1 -2	120-150
3.0	2	170-200	13-15	2	190-200	12-14
4,0		230-250	14-17		—

При сварке применяют аргон марки А. Защиту газом рекомендуется произ­ водить и со стороны подкладки.

Состав присадочного металла или сварочной проволоки идентичен составу основного металла (табл, 20). Сварные соединения некоторых сплавов типа

ХН70МФ, ХН65МВ подлежат термической обработке по				режиму:	Haï рев до
1050° С, выдержка	3 мин на 1 мм толщины,	но не менее		20 мин,	охлаждение
в воде.
20. Проволока для аргонодуговой сварки никеля и никелевых сплавов
Сплав	Проволока	Сплав		Проволока
НП2	Н-1	ХН67МВТЮ		ЭП356
Н70МФ	Н70М27	ХН65МВ		ХН65МВ
	Х15Н60,		Х20Н80	Х15Н60. Х20Н80

При сварке конструкций из жаростойких сплавов первый проход (корневой шов) рекомендуется выполнять без присадочной проволоки Переплавленный в корневом шве основной металл обладает достаточной сопротивляемостью обра­ зованию горячих трещин, а каждый последующий проход выполняют после охлаж­ дения предыдущего до температуры ниже 00° С. Некоторые механические свой­ ства сварных швов при аргонодуговон сварке приведены в табл. 13—15 и 21—23.

21. Механические свойства сварных соединений никеля НП2 при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом

		Марка присадочной проволоки
Температура	Типа НМцА ГЗ-1-0,6			Н-1
испытания, °С	о в. кге/мм2	Я„, КГС-М/СМ2	ств, кге/мм2	ян, кгс-м/см2
- 196	65,4	20.3	63.0	20,6
•4-20	44,7	19.8	43,0	20.0
4-300	39.2	16,9	36,7	13.1
+800	9,2	17,6	8,8	10,3

22.	Механические свойства сварных соединений сплавов Н70МФ и ХН65МВ,
выполненных ручней аргонодугосой сваркой вольфрамовым						электродом
	Условия сварк			Температура	испытания, °С
		-60	|	+20	;!	+ 4 и о	||	+600
Bêà Термической обработки:				Н70Л1Ф
	<*в	80,2		79,8		73,1		65,4
	ап	6,2		7,3		8,6		7,0
Термическая обработка:		/9,3		78,2		72,5		64
	<*в
		15,7		14,7		17,4		14,7
Без	термической обработки:			хне 5МВ
	а в	76,8		77,5		66,9		64,3
	° н	19,3		20,1		20,8		19,8
	П р и м е ч а н и я :	1. oD, кге/мм2; ян,	кгс-м/см2. 2.		Термическая		обработка сплава
Н70МФ: 1Ô50ÔC, 30 MHÏI,		охлаждение в воду.

23. Жаропрочность сварных соединений некоторых никелевых сплавов

Сплав	Сварка	Испытуемый образец
НХ77ТЮР		Основной
(ЭИ437Б)	Электрон-	металл
		Сварное
	но-луче -	соединение
	вая

°С	кге/мм2	Времядо разрушения, ч	Относитель­ удлине­ное Ô,ние%	Относитель­ сужениеное поперечного сеченияil?, %	Место разрушения
Условия
испытания
Темпе­	Напря­
ратура,	жение,
		115
700	44	89	3,07	.6,4	По шву

НХ77ТЮР	Аргоно­	Сварное	700	44	30	1.3	11,5	По шву
(ЭИ437Б)	дуговая	соединение
	-	Основной			128	29,8	49	-
		металл
	Электрон­	Сварное			203	37,3	45	По основ­
	но-луче­	соединение						ному ме­
ХН6РВТ	вая		800	10				таллу
(3MS68)	—	Основной			182	33	51,3	—
		металл*
	Электрон­	Сварное			115	14,1	26,2	По шву
	но-луче­	соединение*
	вая
	-	Основной			130	7,6	16,0	-
ХН67МВТЮ		металл
	Электрон­	Сварное	800	25	ПО	7.0	15,3
(ЭП202)
	но-луче­	соединение
	вая
•Аустенизация 1200°С,		1 ч, воздух.

Д иф ф узионная и электронно-лучевая свар к а

Диффузионную сварку выполняют в вакууме при температурах ниже темпе­ ратуры плавления свариваемых металлов. В процессе сварки отсутствует пер­ вичная кристаллизация соединяемых металлов. В результате сварные соединения имеют высокие эксплуатационные характеристики при сохранений геометриче­ ских размеров изделий. Наиболее часто этот способ сварки используют в приборо­ строении и электронной технике.

Одной из характерных особенностей диффузионной сварки является очистка свариваемых поверхностей деталей от окислов путем их диссоцйации или воз­ гонки. Никель, сплавы типа монеля и константана, содержащие, кроме никеля, железо и медь, имеют на поверхности пленки, которые хорошо удаляются в ва­ кууме при нагреве. Жаропрочные сплавы, содержание хром, алюМинйй, титан и другие элементы, обладающие большим сродством к кислороду, образуют на поверхности деталей плотные и прочные пленки, которые прй нагреве До 1175° С и разрежении до 10"5 мм рт. ст. не диссоциируют и не возгоняются. В результате затрудняется сварка и снижаются свойства сварных соединений. Для предупреж­ дения этого применяют стеарин, наносимый на свариваемые поверхности, кото­

рые восстанавливают металл из окислов. Однако при сварке жаропрочных спла­ вов, для предупреждения снижения свойств сварного соединения из-за наугле­ роживания металла, следует дозировать количество углерода. Применение самофлюсующихся расплавляемых промежуточных прослоек (типа никель—хром— бор), содержащих бор, литий, калий и другие элементы, способные восстанав­ ливать и растворять прочные окислы и образовывать с ними легкоплавкие эвтек­ тики, испаряющиеся в процессе сварки, также улучшает качество сварных соеди­ нений.

Молибден, вольфрам, ванадий и другие элементы, вводимые в жаропрочные стали, снижают скорость диффузии базовых элементов сплава. В результате для сварки жаропрочных сталей требуются повышенные температура и давление по сравнению с температурой и давлением при сварке углеродистых сталей. Режимы диффузионной сварки, приведенные в табл. 24, обеспечивают получение сварных соединений со свойствами, близкими к свойствам основного металла.

24. Режимы диффузионной сварки никеля и никелевых сплавов

Сплав

Темпера­

Д ав­

Время

Разреж е­

Примечани

тура

наг­

ление,

выдерж ­

ние, мм

рева,

°С

кгс/мм2

ки, мни

рт. ст.

НП1

1000

1,5

10

ю-*

Процесс

можно

осущест­

НП2

влять в среде водорода с

точкой росы

—40°С

X Н 75Д1БТЮ

1150-1175

3 -2

6-10

ю-*

Прослойка

на

никелевой

(ЭИ602)

основе с 20—35 %

Мп,

6 =

=0,06 + 0,1

мм

ХН80ТБЮА

1200

2

6

10~*

После

сварки производят

(ЭИ607А)

термическую

обработку:

вы­

держка

при

1000°С,

2 ч;

при

750°С,

20 ч

ХН65ВМТЮ

1170

2

20

10—*

-

(ЭИ893)

X IW B T

ЮСО

2

20

5.10-*

Последующая

термичес­

(ЭИ868)

кая

обработка:

выдержка

при

1200°С,

20 мин

Электронно-лучевую сварку можно применять для всех сплавов, сваривае­ мых другими способами, а также для сплавов, которые до последнего времени считались трудносвариваемыми. Этим способом можно сваривать материалы раз­ личных толщин и, что особенно важно для никелевых сплавов, — за один проход с большой скоростью. Сварные соединения имеют высокие эксплуатационные свойства.

К онтактная св ар к а

Никель и никелевые сплавы хорошо свариваются точечной сваркой между собой, а также со сталями и многими медными сплавами. Электрическое сопро­ тивление низкоуглеродистого никеля незначительно выше, чем электрическое сопротивление сталей; у никелевых сплавов, особенно у жаростойких, оно более высокое (в 10—15 раз). Поэтому сварочный ток и давление при точечной сварие ннзкоуглеродистого никеля примерно такие же, как и при сварке низкоуглеро­

дистых сталей. Однако с ростом электрического сопротивления сплава сварочный ток должен уменьшаться; при этом должно увеличиваться давление на электроды. Сварку теплоустойчивых сплавов выполняют с высоким давлением на электроды и усиленным охлаждением свариваемого металла. С этой целью электроды и из­ делие погружают в воду или омывают струей воды. В связи с применением вы­ соких давлений электроды необходимо изготовлять из сплавов высокой твердости. При сварке никеля и его сплавов можно применять сферические или конические электроды с плоским торцом. Диаметр электродов для свариваемых листов тол­ щиной 0,5—1,5; 1,5—2,5; 2,5—3,0 мм выбирают равным соответственно 3—6, 6—8 и 8—10 мм. Перед сваркой поверхности деталей тщательно зачищают или подвергают травлению.

Для получения качественных сварных соединений необходимо выбирать ми­ нимальный ток и время его протекания, чтобы избежать излишнего перегрева металла и связанных с ним дефектов. Ориентировочные режимы точечной сварки технического никеля и некоторых его сплавов приведены в табл. 25.

26. Ориентировочные режимы точечной сварки никеля и его сплавов

			Давление на
		Толщина	электроды		Сварочный	Время
	Материал
		листа, мм	Сила при-	давление,	ток, А	сварки, с
			жатия,	кгс/см2
			к ГС
		0,5-0,8	112	Н00	7 760	0,51-0,67
		0,9-1,5	195		9 200
				2150
	НП1	1,6—2.2	780		21 600	0,83-1,0
		2.3-2.5	1050	2100	26 400	1.67-2.0
		2.5-3.2	1500		30 800	2,67-3.34
		0.5-0,3	184	1050	Г»200	1.67—2.0
		0,9—1,5	313	1750	10 600
	Монель	1,6-2.2	890	2800	15 300
		2.3—2.5	1220		20 000	2.67-3.34
				2451
		2.5—3.2	1750		21 300	4.18-5,0
		0,5-0,8	84	1050	4 040	1.67-2,0
	Сплавы никеля	0,9—1,5	167	2100	3 730
		1.6-2.2	890		6 100
	с железом			2800
		2.3—2,5	1400		12 700	2.67-3.34
		2.5—3.2	2400	2450	20 100
						4,18-5,0
		0,5	85	1050	4 040	0,20
	Сплавы никеля	0.8	300	1750	6 710
		1.5	1100	3500	9 300
	с хромом	2.5	1400	2800	12 700	0,33

Соединения деталей из никеля и его сплавов можно также успешно выпол­ нять шовной и стыковой контактной сваркой. Некоторые данные о механических свойствах сварных соединений приведены в табл. 26.

26. Прочность (кгс/мм2) сварных соединений из сплава ХН60ВТ после сЛарения при различных способах сварки

Сварка	Температура испытания,			°С
	20	800		900
	При старении после сварки
Аргонодуговая	105	52-55	I1	32-36
Шовная	90	31-36	||	28-30
Точечная	895	325-480		325-480
	При старении до сварки
Аргонодуговая	90	31-34		31-34
Шовная		19-24		19-24
П р и м е ч а н и е Режим	старения: 800°С, 2 ч; охлаждение	на воздухе.

Список литературы

1.Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. М., «Машиностроение», 1976.

252 с.

2.Медовар Б. И. Сварка жаропрочных аустенитных сталей и сплавов. М., «Маши­ ностроение», 1966. 431 с.

3.Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. М., «Металлургия», 1964. 350 с.

Г л а в а 13

СВАРКА ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

К тугоплавким относят металлы с температурой плавления выше, чем температура плавления железа (1535° С). За исключением титана все тугоплавкие металлы от­ носятся к редким элементам. Однако их применение в технике быстро расширя­ ется в связи с ценными свойствами, основные из которых приведены в табл. 1 [10, 13, 21, 25]. Наиболее тугоплавкими являются вольфрам, рений, тантал и осмий. В качестве жаропрочных наибольшее применение имеют сплавы на основе ниобия, тантала, молибдена, вольфрама.

Показателями свариваемости тугоплавких металлов являются: а) актив­ ность по отношению к атмосферным газам как в расплавленном, так и в твердом состояниях при повышенных температурах; б) сопротивляемость образованию технологических трещин и трещин замедленного разрушения; в) чувствительность к теплофизическому воздействию сварочного процесса, которая определяется склонностью к росту зерна, протеканием структурных и фазовых превращений при охлаждении и старении, неоднородностью свойств соединения; г) чувствитель­ ность к образованию пор; д) соответствие свойств сварных соединений эксплуа­ тационным требованиям.

Свариваемость тугоплавких металлов определяется: а) химической активно­ стью; б) растворимостью примесей внедрения и чувствительностью к ним; в) ти­ пом кристаллической решетки, полиморфизмом; г) типом и степенью легирования; д) теплофизическими свойствами.

Химическая активность тугоплавких металлов характеризуется физико­ химическими свойствами, приведенными в табл. 1. Химическая активность в це­ лом уменьшается от IV к VIII группе. Все тугоплавкие металлы при повышенных температурах, характерных для сварки плавлением, активно взаимодействуют с атмосферными газами и другими окислителями (рис. 1), являющимися приме­ сями внедрения, которые резко ухудшают пластические свойства и большинство технологических характеристик (деформируемость в холодном и горячем состоя­ нии, обрабатываемость резанием и особенно свариваемость). Взаимодействие тугоплавких металлов с газами происходит путем адсорбции и хемосорбции газа, растворения и диффузии газа в металле, образования продуктов взаимо­ действия. Закономерности окисления тугоплавких металлов — изменение ско-< рости окисления в зависимости от времени, фазовый состав и структура образую­ щихся на их поверхности оксидных пленок, а также развитие процессов насыще­ ния поверхностных слоев определяются физико-химическими свойствами металла и температурой (табл. 2) [10, 13, 21].

Логарифмические и параболические закономерности характеризуют окисле­ ние с замедляющейся скоростью и образованием защитных пленок. Линейная зависимость характерна для окисления, протекающего с постоянной скоростью, приводящей к химической коррозии металла, насыщению его кислородом и охруп­ чиванию. Защитные пленки при взаимодействии с кислородом образуются только при относительно низких температурах. Металлы IV и V групп обладают наибо­ лее высокой химической активностью и реагируют активно с окружающей средой, образуя оксиды, гидриды, нитриды, карбиды, бориды, силициды. Металлы VI груп­ пы менее активны, чем металлы других групп, однако, особенно при высоких температурах, они реагируют со всеми элементами-окислителями. Рений (металл

10 п/р. Акулова А. И., т. 2

1. Свойства тугоплавких металлов
											Группа	перподи
			Свойства					IV			V
							Т1	Zr	Ш	V	Nb	Та
Атомные,			физико-химические,
кристаллографические
Атомный номер							22	40	72	23	41	73
Атомная масса							47,9	91,2	178,5	50,9	92,9	180,9
Атомный	радиус, Â						1,46	1,60	1,58	1.31	1,43	1,43
Строение		внешнего			электронного			d2s2	d 2s2	dH 2	d*s1	d*s2
уровня							d 2s2
Потенциал		ионизации, В					6,8	6,8	7,6	6,8	6,8	7,6
Стандартный			электродный				потен­	- 1 .5	-1 ,7	-1 .5	-1 .1
циал, В							-1,75					—
Кристаллическая структура .							ос-ГПУ	ос-ГПУ	ос-ГПУ	о ц к	ОЦК	о ц к
							Р -оц к	р -о ц к р -о ц к
Поперечное		сечение			захвата		нейтро­	0,18	115	4,98	1,15	21
нов, барн							5,8
Плотность,		г/см3					4,5	6,5	13,1	6,1	8,6	16.7
Термические,				электрические
Температура,			°С:
плавления							1668	1852	2222	1900	2468	3000
кипения							3260	3700	5400	3400	4927	5425
Удельная теплота,				кал/г;
плавления							104	60,3	29,1	82.5	65	41,5
испарения							2350	1360	885	2150	1782	995
Удельная			теплоемкость				при	С6	33	120	65	35
20° С,Х Ю3, кал/(г-°С)							129
Коэффициент				теплопроводности,				40	53	74	124	130
ХЮ», кал/(см«с*°С)							41
Коэффициент			линейного			расшире­		5,85	5,9	10,6	7,1	7,2
ния, хЮ в,			1/°С				8,15
Удельное			электросопротивление,					41,1	35,1	24,8	12,7	13,5
мкОМ	• см						45
Упругие, механические
Модуль		нормальной				упругости,		8,96	14,1	13,5	10,5	18,8
ХЮ” 3,	кгс/мм2						11,2
Модуль	сдвига, ХЮ” 3, кгс/						3,94	3,33	5,4	4,45	3.82	7
Коэффициент Пуассона							0,34	0,35		0,36	0,39	0,35
Предел,	кгс/мм2:										25	20
прочности							25	22	45	20
текучести							12	8	29	11	19	19
Относительное удлинение,						%	55	45	40	40	СО	50
Поперечное сужение,					%		75	-	40	75	80	90
Твердость		H V					60	67	1С0	57	87	90

ческоЛ системы		элементов
	VI		v u				V I I I
Сг	Mo	W	Re	Fe	Ru	Os	Rh	Ir	Pd	Pt
24	42	74	75	26	44	76	45	77	46	78
52	95,9	183,9	186,2	55,8	101,1	190,2	102,9	192,2	106,4	195,1
1,25	1,36	1,37	1,37	1,24	1,34	1,35	1,34	1,35	1,37	1,39
		d 4s 2	d * s 2	d *s*		d (ls t	rfes»	d 7s «	d io so
G,8	7,2	7,9	7,8	7,8	7,5	8,7	7,7	8,7	7,7	8,8
-0,71	-0 ,2	-1,1	- 1	-0,44	+0,45	+1,0	—	+0.83	+0,6	+1-2
О Ц К	о ц к	о ц к	Г П У	сс-ОЦК	Г П У	Г П У	Г Ц К	Г Ц К	Г Ц К	Г Ц К
				Y- Г Ц К
3,1	2.4	19.2	86	2.53	2.56	15,3	156	440	S	8,8
7,2	10,2	19,3	21	7,9	12,3	22,6	12,4	22,6	12	21,5
1875	2625	3380	3180	1539	2250	3045	1966	2445	1552	1769
2200	5560	59C0	5680	3200	4900	5500	4500	5300	3180	4530
61,5	69,8	46	42.4	75	60,3	36,9	50,5	32,6	__	24,1
1474	1222	1038	815	1500	1340	790	1150	790	-	625
107	58	32	33	106	57	39	59	32	54	31
160	300	310	170	170	170	-	360	350	170	170
6.2	5,44	4,45	6,63	11,7	9,4	4,7	8,3	6,6	12,4	14,1
12,8	5,78	5,5 ,	19,1	9,9	7,2	9,5	4,5	5,3	10,8	10,6
24	33,6	39	47	20,6	42	57	28,6	53,8	11,5	15,3
9,2	12,2	15	15,8	8,15	—	—	—	—	—	-
0,3	0,31	0,3	0,49	0,3	-	-	-	-	-	-
42	48	55	115	29	15	__	56	40	20	15
37	39	—	—	—	—	—	—	—	—	—
44	42	13,5	25	—	—	—	45	—	27	31
78	38	—	22	—	—	—	—	10	—	92
105	210	340	265	50	216	400	120	200	35	36