3. Способы сварки

Газовая сварка. Толщина: 0,5  4,0 мм. Пламя О₂ : С₂Н₂ = 1,1-1,2. Флюс АФ4А.

РДС. Постоянный ток обратной полярности.

Электроды:

1. изготовляемые на предприятии методом окунания в р-р поваренной соли (не подлежат транспортировке), АФ-4А, МАТИ и др.;

2. изготовляемые на электродных заводах методом опресовки (связующее – карбоксиметилцеппюлоза, имеют плохие комплексные показатели по влагостойкости, прочности покрытия, стабильности горениядуги, разбрызгиванию и отделимости шлаковой корки):

– для сварки технически чистого Al, ОЗА-1 (стержень: ВСв-А5Н), предварительный подогрев изделий до 250-400^оС, нижнее и ограниченно вертикальное положение;

– для заварки брака литья и наплавка деталей из алюминиево-кремнистых сплавов типа АЛ-4, АЛ-9, АЛ-11 и дп., ОЗА-2, (стержень: ВСв-АК5Н) нижнее и ограниченно вертикальное положение, предварительный подогрев изделий до 250-400^оС.

Разработаны более совершенные электрода серии ОЗАНА.

Автоматическая сварка по флюсу. Используется для толщин свыше 4 мм. Флюсы из хлоридов АН-А1, МАТИ-10, МАТИ-1а. Постоянный ток обратной полярности.

Автоматическая сварка под флюсом. Используется для толщин  >4 мм. Флюс керамический ЖА-64. Флюс работает на переменном токе или на постоянном токе. Применяют расщепленный электрод.

Плазменная сварка. Производится с помощью микроплазменных горелок. Переменный ток или постоянный ток обратной полярности. Вольфрамовый электродом диаметром 0,8-1,5 мм. Свариваемые толщины: 0,2-1,5 мм. Сварочные токи составляют 10-100 А.

АДС плавящимся электродом  для  > 3 мм. Постоянный ток обратной полярности. Сварочная проволока того же химического состава, что и основной металл. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом предпочтительна для отличных от нижнего пространственных положений.

АДС неплавящимся (вольфрамовым) электродом  для  > 0,2 мм. Сварка и импульсно-дуговая сварка – на переменном токе.

Большие толщины:

– сварка погруженной дугой (20 мм за проход), итрированный электрод, улучшенная защита зоны сварки;

– трехфазная дуговая сварка вольфрамовыми электродами (30 мм за проход).

Лекция № 13 Особенности сварки титановых сплавов – 2 часа

1. Характеристика титановых сплавов

2. Особенности сварки титановых сплавов

1. Характеристика титановых сплавов

Плотность титана составляет 4505 кг/м, что в 1,7 раза меньше, чем для железа при практически таких же показателях прочности (сплав ВТ22, _в = 1100 МПа – как у закаленной стали 30ХГСА).

Титан имеет полиморфные превращения, протекающие в равновесных условиях при температуре 882,5^оС: -Ti – ГПУ, а -Ti  ОЦК. Превращение  протекает с уменьшением объема примерно на 0,13 .

Легирующие элементы в сплавах титана существенно меняют вид диаграммы состояния “титан - легирующий элемент”. Алюминий, а также примеси: кислород, азот повышают температуру полиморфного превращения, расширяя область твердых растворов на основе -Ti, т. е. стабилизируют -фазу (-стабилизаторы):

В отличие от -стабилизаторов, легирующие элементы, являющиеся -стабилизаторами, расширяют область твердых растворов на основе - Ti. Различают -эвтектоидные и -изоморфные стабилизаторы.

-эвтектоидные стабилизаторы обладают ограниченной растворимостью в -фазе. Они увеличивают область, занятую -фазой (хром, кремний, вольфрам, кобальт, примесь – водород и др.). Все данные элементы дают диаграмму состояния с эвтектоидным превращением:

-изоморфные стабилизаторы неограниченно растворяются в -фазе. Они понижают температуру -превращения. Это: ванадий, молибден, ниобий, цирконий, тантал, рений и др.:

Аналогично подходу, используемому при классификации легированных сталей, титановые сплавы различают по структуре в состоянии поставки (после нормализации). Это: -сплавы,  + -сплавы и -сплавы.

– -сплавы:

а) чистые -сплавы (ВТ1-0, ВТ5, ВТ5-1 и др.),

б) "псевдо -сплавы "– -cплавы c cодержанием -фазы менее 5 % (ОТ4, ОТ4-1, ОТ4-2, ВТ4, ВТ20 и др.);

– +-сплавы (ВТ6С, ВТ6, ВТ14, ВТ3-1, ВТ22 и др.);

– -сплавы:

а) чистые -сплавы (4201 и др.),

в) "псевдо -сплавы " (ВТ15, ТС5)– -cплавы, имеющие метастабильную -фазу и небольшое количество -фазы.

+-cплавы более прочны, чем однофазные, хорошо штампуются и куются. К этому классу принадлежит большинство промышленных сплавов.

2. Особенности сварки титановых сплавов

Технический титан и однофазные сплавы не упрочняются в результате термообработки (измельчение зерна  рекристаллизационный отжиг, 780-850^оС). Двухфазные и однофазные -метастабильные сплавы титана воспринимают упрочняющую термообработку, состоящую из закалки и последующим отпуском (старение). Закалка идет по мартенситному механизму. Под воздействием термического цикла сварки данные сплавы закаливаются. Кроме того, в зависимости от скорости охлаждения в ЗТВ протекают процессы:

1) эвтектоидного распад;

2) распад пересыщенных твердых растворов (старение и отпуск мартенсита);

3) рост зерна (собирательная рекристаллизация), приводящий к разупрочнению металла.

Кристаллизация сварного шва из технического титана и низколегированных -сплавов характеризуется малой степенью внутрикристаллической химической неоднородности, слабым развитием межзеренного проскальзования (из-за малой линейной усадки) и образованием равновесной структуры. Поэтому данные сплавы не склонны к образованию горячих трещин.

В сварных соединениях титановых сплавов при пониженной пластичности отдельных участков возможно появление холодных трещин. Особенно часто к этому приводит чрезмерное содержание газов в основном металле и металле шва (водород, кислород, азот), особенно: водород + остаточные растягивающие напряжения или растягивающие напряжения от внешней нагрузки.

Титан имеет высокую химическую активность. При Т  350⁰С титан активно поглощает кислород с образованием структур внедрения, имеющих малую пластичность. На поверхности идет реакция:

Ti + О₂  Ti O₂.

При Т > 550^оС образуются нитриды. В результате, начиная с 350^оС в приповерхностном слое возникает стабилизированная кислородом и азотом -фаза. Такой поверхностный слой называется альфированным. При Т > 450^оС оксидная пленка начинает растворяться в титане и процесс окисления ускоряется. Особенно интенсиво он начинает идти при Т > 700 ⁰ С.

При нагреве выше 500^оС протекают реакции:

2 Ti + N ₂  2 Ti N;

6 Ti + N ₂  2 Ti ₃ N.

В результате данных реакций титан поглощает азот. Образующиеся фазы внедрения вызывают хрупкость металла, что способствует образованию холодных трещин.

В связи с высокой активностью титана при сварке необходимо защищать участки металла, нагреваемые выше 400^оС. Для этого используют инертные газы и пассивные по кислороду фторидные флюсы. При использовании флюсов на границе металл - шлак  протекает реакция:

Ti + 2Me F₂  Ti F₄ + 2Me.

Соединение Ti F₄ нерастворимо в титане и может давать в шве шлаковые включения.

Основной дефект металла шва – пористость. Считается, что пористость шва вызывает водород (он попадает из адсорбированной влаги). Кроме того, к пористости могут привести органические загрязнения (масло, жир):

Ti O₂ + C  Ti O + C O.

Для уменьшения пористости при сварке:

– уменьшают количество адсорбированной влаги;

– используют режимы сварки, обеспечивающие наиболее полное удаление водорода из сварочной ванны;

– используют флюсы, помогающие интенсифицировать выделение водорода из сварочной ванны (флюс – это паста из галогенидов, которую наносят на торцы и кромки. Флюс-паста используется при аргонодуговой сварке. Водород связывается в HF или HCl).