книги / Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОСЛОЕК [1 3

Состав прослойки		Окисляемость
		при температу­
		рах сварки
N1		Низкая
Со		Пониженная
Си		Высокая
Ni + 50 *	Си	Низкая
N I4-30X	Си
N1 4- (1 + Ю) * (Сг. V. W, Nb. Ti)		Пониженная
Fe 4- 26 *	Сг	Высокая
N1 4-20 *	Сг	Пониженная
Fe 4- 3* Si		Высокая
Fe 4-0,5 *	V
Fe 4 -0 ,5 *	W	»

Свариваемость	Охрупчива­
	ние
компонентов	прослоек
СтЗ + 08X13;	после тер­
СтЗ 4- 08Х18Н ЮТ	мического
	воздействия
Группа	1
Хорошая	Нет
Удовлетвори-
тельная
Хорошая

Группа 2

Хорошая Есть

Небольшое

Удовлетвори­ Есть тельная

Хорошая Нет

»»

Барьерные свойства прослоек по отношению к углероду при изготов­ лении (числитель) н экс­ плуатации (знаменатель)

08X13 08Х18Н9

Средние Средние

Средние Средние

Низкие Высокие Средние Средние Высокие Высокие

Высокие Высокие Высокие Высокие Высокие Высокие Средние Средние Высокие Высокие

Высокие Высокие Средние Высокие

Высокие Высокие Средние Высокие Высокие Высокие Средние Высокие Низкие Средние Средние Средние Низкие Низкие

Средние Средние

Низкие Низкие Высокие Средние

Влияние на свойства шва, полученного сваркой плавлением

Положительное

Отсутствует

Отрицательное

Положительное

Отсутствует

Положительное

Отрицательное

Положительное

»

тельно легировать упрочняющими элементами. Прослойки II группы (сплавы на основе Fe—Сг и Ni—Сг) рекомендуют использовать для получения слойных материалов, работающих

при сравнительно низких температурах		и малых временах вы­
держки, т. е. при	малых скоростях	образования карбидов
в зоне соединения.	Использование прослоек III группы нецеле­

сообразно, так как они не обладают необходимыми барьер­ ными свойствами.

15.2.2. Параметры режима

Основными регулируемыми параметрами сварки прокаткой яв­ ляются [2]: Т — температура заготовок перед сваркой, °С; D— диаметр валков, мм; п — число оборотов валков, мин-'; ДА или е — величина обжатия, %. Производными этих параметров

являются: I — длина	дуги захвата,	мм;	v — скорость	прокатки,
мм/с; е — скорость деформации в очаге			деформации,	с-1; Го-
температура в очаге	деформации,	°С; причем:
v =- nnD,				(15.1)
/ = VV2DДА ,				(15.2)
ё = (о//) In (Ао/Ак),				(15.3)

где Но и Нк — исходная и конечная толщины прокатываемого

элемента. Одинаковая скорость е в очаге деформации обеспе­ чивается при разных сочетаниях технологических параметров: D,. п, г. Эти же параметры определяют длительность взаимо­ действия

t„ = l/v,

(15.4)

которая должна не превосходить длительности деформации /д- Поэтому необходимым условием образования качественного соединения является:

/д ^

^ ta

(15.5)

где /с — длительность полного схватывания поверхностей. При этом значение деформации при сварке должно задаваться ис­ ходя из условия:

®тах ^ ^ ®т1п>	(15.6)
где вшах— максимально допустимое значение	деформации;
emin — минимальное значение деформации.

Для

определения

оптималь­

C/nin>°/°

ных параметров

режима

можно

использовать

зависимости,

пред­

ставленные

на

рис.

15.5—15.7

{2], в

следующей

последователь­

ности: 1) по рис. 15.5 в зависи­

мости от условий сварки нахо­

дят

значения

emm

(здесь 5 —

площадь активного центра, опре­

деляемая

процессом

обрезания

полей напряжений вокруг дисло­

каций, см2, значения которой при

сварке

могут

изменяться

от

Рис. 15.5. Зависимость em|n (lg S)

1- 10—13 до 1 -10“11 см2; 2)

для

найденного значения emin по рис.

15.7

или

по

выражению

(15.4)

при конкретных

значениях

D и

п определяют /в;

3)

для

этого

значения /в по рис. 15.6 нахо­

дят температуру Т, при которой

еШах

несколько

превышает

emm;

4) в случае, если полученное зна­

чение Т по каким-либо сообра­

жениям не может быть принято,

необходимо увеличить

tB за

счет

уменьшения

п

(если

D = const);

5) если Emin — большая величина

(например, при сварке на воз­

5 — 860; 5 — 960; 7 — 1050

духе)

и даже при очень высоких

температурах сварки и разумных

значениях D и п не выполняется

условие emax>emin,

то

необходи­

мо увеличить

значение

s,

т. е. ~0А -

сварку осуществлять не на воз­

духе, а в нейтральной среде или

в вакууме.

^

15.2.3. Окончательные

операции

После

/сварки

осуществляется

термическая обработка получен- 4

Рис> ,5-7- Зависимость lg(B(/i) при

ной заготовки,

ОТЖИГ,

нормали-

зация

ИЛИ ВЫСОКИЙ

отпуск,

об-

*!!?Ч“ !!!)* Степень деформации50®,

резка

боковых

и

торцевых

кро-

/-я>: * -«: з-во; 4 -м

мок,

разделение

листов

(при

парном пакете или пакете с крышкой); правка, зачистка по­ верхности основного слоя (травление, дробеструйная обра­ ботка или зачистка металлическими щетками).

15.2А, Свойства соединений

Т А Б Л И Ц А /5.J

ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ БИМЕТАЛЛОВ ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ [I ]

Соединяемые материалы

ВСт.Зсп+ 12Х18Н10Т

20К+12Х18Н10Т

09Г2+12Х18Н10Т

10ХСНД+12Х18Н10Т

20К+ЮХ17Н13М2Т

ВСт.Зсп+06ХН28МДТ

ВСт.Зсп+08Х13

20K+08XI3

16ГС+08Х13

ВСт.Зсп+08Х 17Т

ВСт.Зсп+ 15Х25Т

ВСт.Зсп+ Никель НП2

ВСт.Зсп+Монель НМЖМц

	Л,	°о .г	а в. МПа	б, и		KCV.
	мм					Дж/см*
		МПа
	20	250	380—490	26	150	70
		330	480	33	280	95
	20	250	410—520	23—26	150	60-70
		320	480	31	260	85
	20	310	450	21	150	—
		300	450	18	—
	20	400	540	19	150
		400	540	16	300
	20	250	410—520	23—26	150	60-70
		310	460	30	290	по
	20	250	380—490	26	150
		370	470	38	290
	20	250	380—490	26	150
		320	450	29	240
	20	250	410—520	23—26	150	60—70
		310	460	31	250	105
	5—9	330	500	21	150	60
		330	490	29	240	95
	20	250	380—490	26	150	70
		308	447	29,7	244	100
	20	250	380—490	26	150	—
		340	474	29,6	201	1оГ
	20	250	380—490	26	150	—
		330	500	275	200	190
	20	250	380-490	26	150	—
		260	455	31,5	265	150

П р и м е ч а н и е . В числителе — по ГОСТу или ТУ, в знаменателе — фактические (средние) данные.

Т А Б Л И Ц А 15.4

ПРОЧНОСТЬ СЛОЕВ БИМЕТАЛЛА ПОСЛЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

	УГЛЕРОДА		ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ		ОБРАБОТКЕ [1]
			Обезугле­	Снижение		Науглеро­	Толщина
Режим термической							работо­
			роживание	прочности		живание	способного
обработки			основного	основного		плакирую­	плакирую­
			слоя, %	слоя,	%	щего слоя,	щего слоя,
						%	мм
			Сталь Ст.З	08X13
Нормализация при 980 °С,			5,6	2,3		26,7	1,1
			1,75	0,7		20	1,6
0,25 ч
Высокий	отпуск	при	20,0	7,5		23,3	1,15
			6,25	2,4		17,5	1,65
760 °С, 2 ч
То же, при 630 °С, 2 ч			8,0	3,0		20,0	1,2
			2,5	1,0		15,0	1,7
			Сталь Ст.3 + 08Х18Н10Т
Стабилизирующий		отжиг	18,0	6,9		45,4	0,87
при 875 °С,	3 ч		5,6	2.3		34,0	1,37
		Сталь Ст.З + 10Х17Н13М2Т
Стабилизирующий		отжиг	7,4	2,9		48,6	0,77
при 950 °С,	3 ч		2.3	0,9		36,6	1,27

П р и м е ч а н и я : 1. Сварка при 1150 °С в течение 1 ч. 2. В числителе — для би­ металла толщиной 4 мм, в знаменателе — для биметалла толщиной 10 мм. 3. Допустимая толщина работоспособного слоя не менее 1,0 мм.

					Т А Б Л И Ц А 15.5
	ВЛИЯНИЕ СОСТАВА		ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПРОСЛОЕК
	НА ПРОЧНОСТНЫЕ		ХАРАКТЕРИСТИКИ		СОЕДИНЕНИЯ
	Ст.З + 08X13 И Ст.З +		08Х18Н10 ПОСЛЕ		СТАНДАРТНОЙ
	ТЕРМИЧЕСКОЙ			ОБРАБОТКИ	[1 ]
			Ст.З+ 08X13		Ст.З + 08Х18Н10
	Прослойка			КСУ. Дж/см*	V м п .	KCV, Дж/см»
	v		м п »
Без прослойки		219		23	195	159
Fe +	3 % Si	107		27	242	55
Fe +	0,5 % V	264		25	215	81
Fe + 0,5 % W		148		35	247	67

		CT.3 + 08X13		CT.3 + 08X18H10
	Прослойка	МПа	K C V , Дж/см*	TCP. МПа	KCV, Дж/см1
	V
Fe +	25 % Сг (15Х25Т)	60	2,5	261	5
Ni	30 % Си	113	50	15,7	300
Ni +		144	6,0	140	41
Ni +	50 % Си	128	3,0	129	—,
Си		112	13,0*	146	—
Со	20 % Сг	168	91*	128	—
Ni +		200	—	197	—
Ni +	3 % Сг	144	—	171	—.
Ni 4- 10 % W		179	—	238	—.
Ni +	1 % W	129	—	202	— .
Ni +	5 % Nb	143	—	228	— .
Ni +	2 % Nb	201	—	239	—
Ni +	3% V	135	—	218	—
Ni +	3 % Ti	114	—	278	—.
Ni +	0,08 % Zr	227	—	183	—

• На образце без надреза.

Свойства соединений и слоев биметалла, в зависимости от ус­ ловий осуществления сварки и последующей термической обра­ ботки, представлены в табл. 15.3—15.5 [1].

15.3. Оборудование

Сварку прокаткой осуществляют на обычных прокатных станах, используе­ мых для получения однослойных заготовок аналогичных размеров.

Для нагрева пакетов перед сваркой используют нагревательные колодцы, методические, камерные газовые или мазутные печи обычной кон­ струкции.

15.4.Промышленное применение

Вхимической промышленности при изготовлении изделий, работающих в раз­ личных агрессивных средах; в машиностроении при изготовлении деталей,

подвергающихся в процессе эксплуатации сильному изнашиванию, например плужных лемехов, лап культиваторов, дисков лущильников, ножей экска­ ваторов и других деталей, в которых должны сочетаться поверхностная твер­

дость и	вязкость сердцевины. В электротехнической промышленности Для
создания	сверхпроводящих материалов, в приборостроении — для термоупру-

гих материалов, предназначенных для измерений н регулирования темпера­ туры, защиты электрических цепей от перегрузки. Для получения многослой­ ных композиционных материалов, используемых для повышения жаропроч­ ности, мощности, быстроходности и производительности различных мащин и агрегатов.

15.5. Контроль качества

Используют визуальный или ультразвуковой контроль, механи­ ческие испытания образцов, вырезанных в шахматном порядке по всей площади листа. При необходимости прибегают к спе­ циальным видам контроля (электросопротивление, жаропроч­ ность, окалиностойкость, температурная чувствительность, об­ щая и межкристаллитная коррозия).

Г л а в а 16 СВАРКА ВЗРЫВОМ

Сварка взрывом (СВ) является новым революционным технологическим про­ цессом и получает в последние годы все более широкое применение в оте­ чественной и зарубежной практике благодаря ряду существенных преиму­ ществ в сравнении с традиционными методами.

По теории процесса выполнены многочисленные исследования, в кото­ рых теоретически и экспериментально установлены основные закономерности,

изучено влияние параметров на	образование соединения [1—5].
В то же время практическое применение сварки взрывом в промышлен­
ности характеризуется низкой	технологической оснащенностью процессаг

а также недостаточными объемами внедрения. Продолжает оставаться ак­ туальной проблема локализации побочного действия взрыва.

Дальнейшее расширение практического применения сварки взрывом свя­ зывается с созданием технологий с высокой степенью автоматизации и ме­ ханизации всех подготовительных операций и проведением процесса во взрыв­ ных камерах.

В настоящей главе излагаются общие сведения о процессе СВ и не за­ трагиваются фундаментальные вопросы теории образования соединения. Коротко рассмотрены технологические особенности, применяемое оборудо­ вание н оснастка. Приводятся отдельные примеры промышленного приме­ нения.

16.1. Общие сведения

16.1.1. Определения и основные схемы

Сварка взрывом — один из видов сварки давлением, осуществляемый под действием энергии, выделяющейся при взрыве заряда взрывчатого вещества

ост ~	4	,	с р „ .	Мр ..о „	„
рис. 16.1. Неподвижную пластину		и	метаемую	пластину 3	располагают

под углом а на заданном расстоянии А от вершины угла. На метаемую пластину укладывают заряд 2 ВВ. В вершине угла устанавливают детона­ тор /. Сварка производится на опоре 5 (металл, песок и т. д.). Площадь метаемой пластины, как правило, больше площади основной пластины. Навнсание метаемой пластины над основной необходимо для уменьшения влия­ ния эффекта бокового разлета продуктов взрыва при детонации плоского заряда ВВ [6].

На практике чаще всего применяется более простая, так называемая параллельная схема, когда угол а=0.

Эти базовые схемы положены в основу многочисленных технологических схем, разработанных для СВ конкретных изделий (рис. 16.2).

Рис. 16.2. Технологические схемы сварки взрывом:

а — параллельная		для плоских			изделий (многослойная):				б — плакирование на­
ружной	поверхности		труб;	в — эквидистантная;			г —	плакирование			внутренней
поверхности труб;			д — плакирование			крупногабаритных			обечаек	с	протнвоза-
рядом;	/ — детонатор;		2 —	заряд	ВВ;	3 — метаемый		элемент;		4 — неподвижный
элемент;	5 — опора;	6	— установочный элемент;				7 — стержень;		9 — конус;		9 — матрица

16.1.2. Физические основы

При инициировании взрыва по заряду ВВ распространяется де­ тонационная волна, скорость фронта которой D измеряется тысячами метров в секунду (см. рис. 16.1). Под действием вы­ сокого давления расширяющихся продуктов взрыва метаемая пластина приобретает скорость v0 порядка нескольких сотен метров в секунду и соударяется с неподвижной пластиной под определенным углом у=Р+«- В окрестности точки соударения

(1 6 .2 ) (1 6 .3 )

(1 6 .1 )

развиваются высокие давления, на порядок превосходящие пре­ делы прочности материалов, которые, согласно гидродинамиче­ ской теории, текут подобно жидкостям. Течение в зоне соуда­ рения определяется углом соударения у и скоростью точки контакта о„, которые связаны с исходными параметрами со­ ударения и позволяют изменять режим сварки. В определен­ ном диапазоне изменения этих двух параметров впереди точки контакта возникает стационарный поток массы соединяемых материалов в виде кумулятивной струи или облака дисперсных частиц. При этом производится самоочищение свариваемых по­ верхностей, а за точкой контакта создаются условия для их сближения под действием высоких давлений соударения и со­ вместного пластического течения. Длительность процесса со­ ставляет 10_6—10-5 с, поэтому диффузия на заметную глубину происходить не успевает. В оптимальных режимах соударения расплавы не фиксируются. При избыточной энергии соударения наблюдаются отдельные участки с расплавами. Соединение

обычно	имеет характерную волнообразную форму (рис.
16.3,а),	встречаются соединения и без волн (рис. 1 6 . 3 ,6 ) .

Физические явления, сопутствующие сварке взрывом, струк­ тура и свойства соединений в значительной степени зависят от основных параметров сварки взрывом, которые классифици­ руют [2) на кинематические (скорость движения точки контакта vK, угол соударения у, скорость метания о0) и физические (дав­ ление, длительность и температура в зоне соударения).

Для создания в зоне соударения свариваемых пластин необ­ ходимых условий соединения их в твердой фазе (образование физического контакта и активных центров) необходимо, чтобы скорость точки контакта vK была меньше скорости распростра­ нения объемных волн сжатия с; в противном случае металл не успевает деформироваться и сварка не произойдет. Это усло­ вие осуществляется применением ВВ с соответствующей скоро­ стью детонации.

Энергия, необходимая для сварки двух поверхностей ме­ талла и затраченная на пластическую деформацию прилегаю­ щих к ним слоев, определяется из энергетического баланса [5]

тхт%

W ,= 2 (mt + тг) -Vo ['-(vTl

где т.\ и тг — соответственно массы метаемой и неподвижной пластин.

Кинематические параметры. Скорость движения точки кон­ такта ок определяет скорость распространения зоны высокого давления по свариваемым поверхностям. При угловой схеме сварки

vK= D $in(y— a)lsiny,

у = а + p = a + 2 a r c s i n o 0/2 D .