Критерии выбора технологии и режимов сварки металлов и сплавов с малым объёмным эффектом полиморфного превращения

Наиболее распространёнными сплавами с малым объёмным эффектом полиморфного превращения является сплавы на основе титана с  и  +  структурой. Сплавы титана, как и сталь, претерпевают в процессе сварки полиморфные превращения. Но в сталях при охлаждении полиморфные превращения сопровождаются увеличением объёма на 3 %, а в сплавах титана изменения объёма практически не ощутимы (уменьшение на 0,13 %).

Титан и его сплавы применяют при изготовлении сварных конструкций, работающих при повышенных и отрицательных температурах в условиях сложнонапряженного состояния.

По требованиям, предъявляемым к механическим свойствам сварных соединений, целесообразно подразделять сплавы на две группы:

1. Сплавы, применяемые в состоянии после прокатки или отжига.

Упрочняющую термообработку после сварки не производят.

Для изделий с жёсткими соединениями после сварки назначают отжиг с целью снятия напряжений. К сплавам этой группы относят технический титан и его α- и α+β-сплавы мартенситного класса, содержание β-стабилизаторов в этих сплавах ниже или несколько выше предела их растворимости в α-фазе. Структура и свойства сварных соединений этих сплавов полностью определяются технологией и режимами сварки. Основным критерием выбора режимов сварки служит интервал скоростей охлаждения, в котором степень снижения пластических свойств и ударной вязкости металла ЗТВ по сравнению с основным металлом наименьшие.

При содержании алюминия до 4…5 % и β-стабилизаторов, не превышающем предел растворимости в α-фазе, эти сплавы имеют достаточно широкий интервал скоростей охлаждения. Наибольшей пластичностью сварные соединения этих сплавов обладают при средних и относительно высоких скоростях охлаждения. При мягких режимах пластичность уменьшается из-за роста зерна и перегрева металла в ЗТВ, а при очень жёстких – вследствие образования закалочных структур.

Для повышения сопротивления сплавов титана образованию холодных трещин рекомендуется ограничить содержание газов в основном металле и вводить в него и в металл шва 1…3 % Zr, подавляющего отрицательное влияние кислорода.

2. Сплавы, применяемые в состоянии после упрочняющей термообработки.

Перед сваркой основной металл подвергают закалке или отжигу, а после сварки – закалке и старению. К этой группе относят сплавы с α+β-структурой.

Основным критерием выбора режимов сварки этих сплавов служит интервал скоростей охлаждения. При оптимальных скоростях охлаждения удаётся обеспечить максимальную пластичность соединений после сварки. В противном случае из-за низкой пластичности металла шва и ЗТВ после сварки изделия перед правкой приходится подвергать отжигу или закалке. Вид термообработки зависит от состава сплавов.

Выбранные скорости охлаждения должны обеспечить также требуемые прочность, пластичность и ряд специальных свойств сварных соединений после окончательной термообработки.

При большом содержании β-стабилизатора в сплаве интервал скоростей охлаждения следует выбирать так, чтобы химическая и физическая неоднородность сварных швов и ЗТВ были минимальными. К таким неоднородностям можно отнести:

 внутрикристаллическая неоднородность в металле шва при кристаллизации,

 рост зерна в шве и ЗТВ,

 обогащение пограничных областей зерен легирующими элементами,

 другие процессы, приводящие к резкому снижению дисперсности продуктов старения, т.е. к выделению α-фазы и интерметаллидов.

Кроме того, для получения по возможности равномерных механических свойств на всех участках сварного соединения необходимо ограничивать подстаривание основного металла в процессе сварки на участке ЗТВ, нагреваемом до температур интенсивного старения. Обычно эти требования выполняются при сварке на жёстких режимах.