8.3.3.4 Сварка циркония и гафния.

Цирконий и гафний являются аналогами титана по химическим свойствам и свариваемости. Цирконий обладает хорошей коррозионной стойкостью и прочностью, а также малым сечением захвата нейтронов (0,18 бари), поэтому используется как конструкционный материал для технологических трубопроводов в ядерной промышленности. Оказывает слабое токсическое действие на живые организмы.

Гафний, обладающий большим сечением захвата нейтронов (105 бари) и исключительной коррозионной стойкостью в воде и паре, применяется для контролирующих стержней в водоохлаждаемых реакторах. Цирконий имеет две аллотропические модификациинизкотемпе-

ратурную -модификацию, существующую до 862С и высокотемпературную, устойчивую от 862С доt_ПЛ = 1855С. В промышленности применяютсяи+сплавы, чаще всего сплав циркония с 2,5% ниобия. При быстром охлаждении после сварки этого сплава происходит

мартенситное превращение благодаря образованию метастабильной -фазы, приводящей к охрупчиванию металла. Сварные швы при этом корродируют более интенсивно, чем основной металл. Улучшить коррозионную стойкость и повысить пластичность сварных швов можно с помощью последующего отжига приt= 575С. Часто этот отжиг совмещают с рихтовкой, т.е. применяют терморихтовку.

Механические свойства сплава Zr+ 2,5 %Nbпосле улучшения

_В = 421,4 МПа;

_0,2 = 397 МПа;

 % = 25%.

До 400…500С цирконий слабо реагирует с азотом, но уже при 800…900С происходит сильное взаимодействие его с азотом с образованием на поверхности металла нитрита цирконияZrN. При 300…1000С происходит интенсивное поглощение цирконием водорода с образованием гидридаZrН. Эти соединения вызывают охрупчивание сплава, а также резко снижают коррозионную стойкость. Поэтому содержание азота в основном металле ограничивают до 0,003%, а также углерода до 0,03% и водорода – до 0,0003%.

Наиболее сложной технологической проблемой при сварке циркониевых сплавов является обеспечение коррозионной стойкости сварных соединений в таких средах, как вода, пар, влажный воздух при 300С и выше на уровне свойств основного металла. На коррозионную стойкость сварных швов, кроме загрязнения примесями внедрения, влияет структурная и фазовая неоднородность отдельных зон сварного соединения. Равновесное состояние сплава достигается за счет оптимальных скоростей охлаждения металла при сварке и термообработке. Цирконий, гафний и их сплавы хорошо свариваются вольфрамовым электродом в аргоне или гелии на прямой полярности, аналогично сварке титана. Ввиду высокой активности и опасности снижения коррозионной стойкости при насыщении примесями внедрения сварку целесообразно проводить в защитных камерах с контролируемой атмосферой. Лучшие результаты обеспечивает сварка в вакууме, в основном электроннолучевая сварка, как в непрерывном, так и в импульсном режиме. В последнем случае обеспечиваются лучшие условия качественного формирования шва и регулирование структуры соединения. Достаточно качественные соединения можно получить и без применения камеры с контролируемой атмосферой, защищая сварочную ванну и остывающий шов от взаимодействия с атмосферой путем подачи аргона в 3 зоныв жидкую сварочную ванну через горелку, в козырек горелки для защиты остывающего шва, в подкладку сварочного приспособления для защиты обратной стороны шва (аналогично сварке титана).

Контактная сварка дает также качественное сварное соединение. Высокое сопротивление в сочетании с низкой теплопроводностью облегчает процесс контактной сварки, режимы близки к режимам сварки титана.

Остаточные сварочные напряжения ниже предела текучести, как и при сварке титана.