Глава 3. Общие рекомендации по дуговой сварке ниобиевого сплава

При сварке сплавов на основе тугоплавких металлов особое внимание следует уделять подготовке поверхности торцов сва­риваемых кромок. Допускается подготовка кромок к сварке порезкой абразивными камнями. Однако этим способом можно подготовить только детали несложной прямолинейной конфигу­рации. Для молибденовых сплавов рекомендуется вы­резка на гильотинных ножницах с последующим фрезерованием кромок. Точность сборки стыка — необходимое условие получе­ния качественного сварного соединения.

Так же перед сваркой металл подвергают термической обработки для придания тугоплавким металлам и сплавам на их основе необходимой структуры и свойств. Основным видом термической обработки для молибденового сплава является отжиг.

Из-за большой химической активности тугоплавких металлов операций их термической обработки должны проводиться в защитных средах. В ка­честве защитных сред используются инертные газы и вакуум. Для молибдена может быть использована атмосфера сухого и очищен­ного водорода.

Непосредственно перед сваркой требуется очистить поверх­ности свариваемых кромок изделий от различного рода загряз­нений. Основным методом очистки поверхности изделий из ту­гоплавких сплавов является химическое травление. Удаление загрязнений поверхностного слоя позволяет улучшить низко­температурную пластичность сварного соединения молибдена.

Как правило, сварку изделий из сплавов на основе ниобия выполняют без присадки, используется прово­лока того же химического состава, что и основной металл.

Дуговую сварку неплавящимся вольфрамовым электродом выполняют постоянным током на прямой полярности.

На формирование шва, структуру и механические свойства сварных соединений существенно влияют условия теплоотвода и режимы сварки. С увеличением V_св.сокращается время существования жидкой ванны и умень­шается степень насыщения металла газами. При этом сокраща­ется протяженность зоны термического влияния, уменьшается размер кристаллитов, а также изменяется схема кристалли­зации металла шва, что благоприятно сказывается на механи­ческих свойствах сварных соединений и прежде всего на вели­чине низкотемпературной пластичности. Однако повышение V_св.возможно до определенного предела, так как ухудшается фор­мирование швов и во многих случаях снижаются их пластиче­ские свойства.

Сплавы на основе ниобия , полученные методом порошковой металлургии, плохо свариваются: в швах образуются поры, сварные соединения склонны к образованию трещин.

Поэтому для сварных конструкций применяют металлы и сплавы, выплавленные в контролируемой атмосфере инертных газов (дуговой метод плавки) или в вакууме (электроннолучевой метод плавки).

Весьма важно в процессе сварки исключить загрязнение металлов примесями внедрения. Поэтому для соединения рассматриваемых металлов применяют методы электродуговой сварки в среде инертных газов, главным образом в камерах с контролируемой атмосферой, и электроннолучевую сварку.

Повышенные требования предъявляются к чистоте инертных газов. В ряде случаев отдают предпочтение гелию, так как при дуговой сварке в среде гелия эффективная мощность дуги значительно больше, чем при сварке в среде аргона. Помимо этого содержание вредных примесей — газов в гелии может быть доведено при очистке до меньших величин, чем при очистке аргона. При сварке вне камеры необходимы специальные устройства для защиты зоны сварки, остывающих участков шва и околошовной зоны, а также обратной стороны шва.Для обеспечения удовлетворительной свари­ваемости ограничивают содержание в металле вредных примесей — газов. Так, в сплаве ВН-2АЭ, выплавленном электроннолучевым методом (Мо — 3,5—4,7%; Zr—0,5—0,9%; Nb — основа), до­пускается следующее предельное содержание примесей (% по массе): 0,020₂; 0,005Н₂. Травление кромок перед сваркой производят в реактиве следующего состава: 22% HF; 8% HN0₃; 15% H₂S0₄; 55% Н₂0.

Выводы:

1. Применение сварных соединений из ниобиевых сплавов затруднено из-за: высокой химической активности по отношению к компонентам воздуха при высоких температурах; резкого охрупчивания при насыщении примесями внедрения; склонности к перегреву, вызывающей рекристаллизацию и рост зерна; резкого повышения предела текучести с понижением температуры величины исходного зерна.
2. Улучшение свариваемости ниобиевых сплавов достигается введением в сплав легирующих компонентов, очистки исходного материала от элементов, образующих с ним твердые растворы внедрения, проведением сварки в инертных средах. Также для обеспечения удовлетворительной свари­ваемости ограничивают содержание в металле вредных примесей — газов.
3. Основными методами повышения пластичности сварных соединений являются: введение легирующих элементов (Zr, Mo, W); использование сплавов, получаемых методами вакуумно-дугового и электронно-лучевого переплава; термическая обработка.
4. Для увеличения качества сварных соединений из ниобиевых сплавов, необходимо проводить предварительную механическую, термическую и химическую обработку. Из-за большой химической активности кислорода и опасности загрязнения металлов примесями внедрения, поэтому для соединения рассматриваемых металлов применяют методы электродуговой сварки в среде защитных сред.

1. Наилучшая свариваемость достигается при электронно лучевой саврке.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Ю.В.Будкин, Е.Н.Сивов, Ю.А.Соколов, «Электроннолучевая сварка», Учебное пособие м.:, дпк Пресс, 2010 – 96с.

2. ГОСТ 29273–92 (ИСО 581-80). Свариваемость. Определение. М. 1998.

3. Антикайн П.А. Металловедение, М. 2005. - 288 с.

4. Арзамасов Б.Н. Материаловедение, М.- 2002. - 657 с.

5. Григорович В.К. Дисперсионное упрочнение тугоплавких металлов, М. 2008, - 305 с.

6. Гуляев А.П. Металловедение, М. – 1978. - 648 с.

7. Лахтин Ю.М. Новые стали и сплавы в машиностроении, М.- 1976. - 224 c.

8. Пейсахов А.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов, 2003, 407 с.

9. Теория сварочных процессов /Под ред. В.В.Фролова/. – М.Высшая школа, 1988. – 558с.

10. Технология и оборудование сварки плавлением /Под ред. Г.Д.Никифорова/, -2-е изд. – М.: Машиностроение, 1986, - 320 с.

11. Технологические основы сварки и пайки в авиастроении. /Под ред. В.А.Фролова/. – М.: Интермет-Инжиниринг, 2002. – 456с.

12. Савицкий Е.М.. Бурханов Г.С. "Металловедение сплавов тугоплавких и редких металлов". М.Наука, 1971, 354с.