107

Особенности сварки титановых сплавов:

- Высокая химическая активность титана по отношению к кислороду, азоту, водороду, с которыми титан соединяется при температуре более 350С с образованием тугоплавких соединений, вызывающих резкое охрупчивание металла.

-Высокая чувствительность к термическому циклу сварки, связанная с протеканием полиморфного   превращения, резким ростом зерна, перегревом и образованием хрупких фаз при охлаждении и старении.

Поэтому зона сварки, ограниченная изотермой > 350С, должна быть тщательно защищена от взаимодействия с воздухом путем сварки в камерах с защитной атмосферой (аргона), с применением флюсов, в вакууме, или с применением специальных защитных приспособлений для местной газовой защиты (см. рис. 43).

- Склонность к замедленному разрушению, причиной которого является повышенное содержание водорода в сварном соединении в сочетании с растягивающими остаточными напряжениями.

Чтобы исключить влияние водорода, применяют следующие меры

1 Используют сплавы с минимальным его содержанием в металле,

2 Тщательно подготавливают кромки. Подготовка кромок заключается в удалении альфированного (газонасыщенного) слоя. Такой слой возникает при изготовлении деталей методом пластической деформации (штамповки, ковки) или после термической обработки в печах без защитной атмосферы. Удаление альфированного слоя предусматривает

а) разрыхление слоя методом очистки электрокорундом;

б) травление в растворе смеси азотной и плавиковой кислот;

в) зачистка свариваемых кромок механическими щетками непосредственно перед сваркой.

3 Исключают насыщение водородом в процессе технологической обработки и эксплуатации. Предъявляются высокие требования к чистоте и влажности помещений для сварки титановых сплавов, к хранению подготовленных к сварке деталей.

В технологии сварки следует предусматривать высокое качество подгонки кромок в связи с высокой жидкотекучестью титана, не допускать правку и подгонку деталей с использованием газового пламени, надежно защищать шов от доступа воздуха при прихватке и сварке. Состав присадочной проволоки должен быть близок к основному металлу, желательно подвергнуть ее вакуумному отжигу.

Тонколистовой титан (менее 2,5 мм) целесообразно сваривать импульсной сваркой без присадки, плазменной сваркой. Это дает коробления в 2…3 раза меньше.

Для титановых сплавов после сварки с целью снятия напряжений и деформаций рекомендуется проводить отжиг, который лучше совмещать с терморихтовкой в оправках, т.к. правка титана в холодном состоянии не дает положительных результатов.

Терморихтовка с целью снятия внутренних напряжений и остаточных деформаций выполнятся при температуре неполного отжига (при пониженных температурах). Например, неполный отжиг для сплава ВТ1- 0 проводится при t = 445…485º С, в то время. как полный отжиг ВТ1-0 выполняется при температуре на 20…160º С ниже температуры полиморфного превращения

 , т.е. при t = 880…900º С.

Схема поста сварки титановых сплавов с местной газовой зашитой указана на рис. 52.

Подключение источника питания – как для сварки сталей неплавящимся электродом (см.рис.46)

2 3 4

7 8 5 6

9 10

1

Рис. 52.

1 баллон с аргоном; 6 ротаметры;

2 редуктор; 7 горелка сварочная;

3 отсекатель газа; 8 козырек.

4 сигнальная лампа; 9 приспособление для поддува;

5 рессивер; 10 свариваемая деталь.

Рессивер применяется для гашения «скачка» газового напора, отсекатель газа прекращает подачу газа через 5…10 сек после гашения дуги, сигнальная лампа сигнализирует наличие газа в системе. Защитный газ подается в 3 направления в горелку, в газозащитное приспособление (козырек), которое перемещается вместе с горелкой для защиты остывающего шва, и в приспособление для поддува с обратной стороны шва. Длина козырька должна быть 50…150мм при ширине 20…50мм и тем больше, чем толще основной металл.

Направление струи газа на поверхность истечения приспособления не допускается, с этой целью поверхности истечения изготавливаются из пористого сетчатого материала ПСМ св или отверстия для выхода газа выполняются Ø 1,0…1,5 мм на стороне приспособления, перпендикулярной истечению (см. рис. 52).

Подкладки для сварки титана рекомендуется изготавливать из меди с целью предотвращения приваривания к деталям, а также с целью теплоотвода, можно с водяным охлаждением. Порой конструкция свариваемого изделия не требует принятия дополнительных мер защиты ванны от окисления (см. рис. 53). Для единичного производства с целью защиты обратной стороны шва следует применять защитное приспособление, которое удерживает во время сварки подручный сварщика. Во время сварки сварщик должен следить за цветом сварного шва: газовая защита считается удовлетворительной, если сварной шов имеет серебристую блестящую поверхность. Наличие даже слабых цветов побежалости (включая золотистый) говорит о неудовлетворительной защите, при этом надо выяснить причину плохой защиты и, при необходимости, доработать защитное приспособление.

деталь

детали-

-отражатели

деталь-

-отражатель

детали

Рис. 53.

8.3.3.3 Сварка меди и ее сплавов

Медь обладает высокой электро и теплопроводностью, высокой коррозионной стойкостью в некоторых агрессивных средах. Легирующие элементы, входящие в состав меди снижают эти свойства.

Температура плавления меди Т=1083, плотность = 8,9 г/см³.

Плотность меди резко падает с повышением температуры.

Мягкая отожженная медь – пластичный металл, в то время как нагартованная медь (например, после протяжки) – значительно менее пластична.

Медь – пассивный металл и не может растворяться в кислотах с выделением водорода. Реагирует лишь с азотной кислотой с выделением окислов азота NO, NO₂. Инертная при нормальной температуре, при нагреве медь реагирует с водородом, кислородом, серой, фосфором, галогенами, с азотом - не реагирует, что позволяет использовать его в качестве защитного газа при сварке и термообработке в защитной атмосфере.

Растворимость водорода в жидкой и твердой меди значительно отличается, при Т=1100 наблюдается резкое падение растворимости водорода в меди. Это приводит к тому, что при охлаждении газ не успевает выделиться из металла, образуя поры и создавая высокое давление, что служит причиной образования трещин, так называемой «водородной болезни». Поэтому, чтобы получить качественные сварочные швы на изделии, надо исключить возможность насыщения водородом сварочной ванны (применять сухие газы, флюс, чистый металл без водорода). Для этой цели лучше применять медь электрошлакового переплава или латунь (медь  цинк), бронзы (сплавы меди с оловом, либо с алюминием, хромом, марганцем, кремнием).

Латуни и бронзы обладают удовлетворительной свариваемостью.

Хорошо свариваются сплавы меди с марганцем и кремнием за счет наличия в них сильных раскислителей кремния и марганца, например, кремнистая бронза БрКМц-1.

Сварка меди существенно отличается от сварки сталей по причине высокой теплопроводности меди, которая приводит к быстрому охлаждению сварочной ванны, а это – к ещё бóльшей пористости сварного шва. С целью предотвращения пористости применяют повышенную погонную энергию сварки или подогрев.

Высокий коэффициент линейного расширения вызывает необходимость сварки в жестких приспособлениях или по частым прихваткам.

Чаще всего применяют сварку неплавящимся электродом в среде азота или аргона, реже – сварку плавящимся электродом.

При сварке целесообразно применять газы особой чистоты, чаще всего, азот по МРТУ6 – 02 – 375, в котором термический КПД дугового разряда выше, чем в аргоне и гелии. Однако при

сварке в труднодоступных местах или при сварке меди толщиной меньше 1мм предпочтение надо отдать аргону, в котором дуга горит устойчивее.

Сварку проводят на постоянном токе прямой полярности «углом назад». При сварке листов толщиной более 5мм рекомендуется применять подогрев до 300…400С.

Присадочную проволоку для сварки меди в среде аргона следует применять легированную, например БрКМц3–1 (1% Мп, 3% Si), т.к. чистая медь М1 в качестве присадки не обеспечивает прочности сварного шва. Сварку латуней (содержащих цинк) рекомендуется выполнять короткой дугой.

Медь и ее сплавы в тонкостенных конструкциях лучше варить электроннолучевой сваркой, а детали большой толщины - плазменной сваркой.

Трудности при сварке меди.

1 Легкая окисляемость меди в расплавленном состоянии.

Образующаяся в результате этого процесса закись меди хорошо растворима в жидком и весьма ограниченно в твердом металле. Она дает легкоплавкую эвтектику, которая, сосредотачиваясь по границам зерен, снижает стойкость шва против кристаллизационных трещин. Поэтому содержание кислорода, а также легкоплавкого свинца, в меди, предназначенной для сварки, ограничивается.

2 Пониженная стойкость металла шва против возникновения пор.

Пониженная стойкость металла шва против возникновения пор обусловлена выделением паров воды и водорода из кристаллизующегося шва. Азот не является возбудителем пор, т. к. медь обладает малым сродством к азоту, поэтому он и применяется в качестве защитной среды наряду с аргоном. Особенно пористыми бывают угловые и нахлесточные швы.

Меры предупреждения пористости (водородной болезни) см. на стр. 77.

3 Высокая теплопроводность меди (в 16 раз больше, чем железа).

Высокая теплопроводность меди предопределяет необходимость применения мощных концентрированных источников тепла и во многих случаях предварительного и сопутствующего подогрева.

4 Высокий коэффициент линейного расширения меди (в 1,5раза больше стали).

Такой высокий коэффициент вызывает необходимость принятия дополнительных мер против деформации конструкций:

а) применять теплоотводы с водяным охлаждением,

б) проводить сварку в жестких приспособлениях.

5 Повышенная жидкотекучесть меди.

Повышенная жидкотекучесть меди затрудняет сварку в вертикальном и потолочном положении, иногда даже при сварке кольцевых швов малого диаметра за счет стекания жидкого металла. Требуется высокая квалификация сварщика.

Сварку меди можно проводить вручную углом назад электродами «Комсомолец-100» или БРКМц3-1.