Свариваемость материалов
..pdf28.3. Свариваемость никеля и его сплавов
28.3.1. Сопротивляемость кристаллизационным трещинам
Сварка Ni и его сплавов затруднена вследствие высокой чув ствительности к примесям. Наиболее отрицательное влияние на качество сварных швов оказывают С и S. Содержание С огра
ничивают до 0,15% |
(по массе), а в некоторых |
сплавах — до |
|
0,05 % (по массе). |
|
|
|
Сера обладает большим химическим сродством к никелю. |
|||
Особенно это заметно при температурах выше |
400 °С, |
когда |
|
в течение. короткого |
времени образуется сульфид |
никеля, |
даю |
щий легкоплавкую эвтектику с никелем с температурой плавле ния 645 °С, которая располагается по границам зерен металла и может привести к появлению кристаллизационных трещин. Сульфид никеля может образоваться, если с никелем соприка саются материалы, которые содержат даже небольшие количе ства серы, например горючие материалы, масла, краски и т. д. Количество серы в сплавах ограничивают 0,005%—0,03% (по массе). Введение в сплав небольшого количества лития [0,004—0,006 % (по массе)[ резко уменьшает влияние серы [8].
Фосфор образует эвтектику №зР—Ni с температурой плав ления 880 °С и также может привести к появлению кристалли зационных трещин, его содержание ограничивают 0,005 % (по массе). Свинец и висмут снижают технологические свойства никелевых сплавов, их содержание ограничивают 0,002— 0,005% (по массе).
28-3.2. Склонность к порообразованию
Никель и его сплавы проявляют большую склонность к образо ванию пор вследствие хорошей растворимости в расплавленном металле азота, водорода, кислорода и резкого снижения раство римости при затвердевании металла. Легирование шва Ti, Сг и V уменьшает пористость, а легирование Mn, С, Si, Fe увеличи вает. При аргонодуговой сварке вероятность образования пор уменьшается с повышением качества защиты зоны сварки.
28-3.3. Физико-химические особенности
При сварке Ni и его сплавов, особенно с Си, основной металл не претерпевает структурных превращений, не закаливается, поэтому нет необходимости применять предварительный подо грев или последующую термообработку. /
Некоторые сплавы Ni, особенно с Сг и Мо, проявляют склон ность к межкристаллитной коррозии, для предотвращения кото рой сварное соединение подвергают отжигу. Сваривать такие
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
Тип сплава |
Марка |
°в. |
KCU, |
6, % |
а, |
МПа |
кДж/м2 |
град |
|||
Никелевохромистый (нихром) |
ЭИ442 |
327,7 |
_ |
10 |
|
1118,3 |
|
||||
То же |
Х20Н80 |
574,9 |
23,3 |
— |
|
Никелевомолибденовый |
ЭИ460 |
490,5 |
— |
— |
180 |
То же |
ЭП496 |
810,3 |
745,6 |
— |
— |
Никелевохромомолибденовый |
ЭП567 |
736,7 |
726 |
— |
— |
цесс ведут на постоянном токе обратной полярности, при этом значение тока назначают пониженным по сравнению с токами, применяемыми при сварке стали. Скорость сварки также пони жена на 15%. Рекомендуется вести сварку в нижнем положе нии короткой дугой для уменьшения угара стабилизирующих и раскисляющих элементов, содержащихся в электродной прово локе. При сварке производят продольные небольшие колебания конца электрода, что способствует газоудалению и получению более плотных швов, чем при поперечных колебаниях. Элек трод держат примерно перпендикулярно плоскости шва с на клоном не более 15° в сторону свариваемых кромок.
При сварке Ni и его сплавов толщиной более 15 мм исполь зуется многопроходная сварка с предварительным подогревом кромок до 200—250 °С, при этом требуется тщательная зачи стка поверхности промежуточных слоев.
Механические свойства сварных швов на некоторых никеле вых сплавах, выполненных ручной дуговой сваркой покрытыми электродами, приведены в табл. 28.2.
28.4.4. Сварка под флюсом и электрошлаковая сварка
Сварку под флюсом и электрошлаковую сварку Ni и его сплавов выполняют на постоянном токр обратной полярности. Для сварки используют низкокремнистые основные или бескисло родные фторидные флюсы типа АНФ-5, АНФ-22, АНФ-23 и др. Электродную проволоку выбирают по составу близкой д основ ному металлу. Диаметр проволоки практически не зависит от толщины металла и выбирается в зависимости от подготовки кромок в пределах от 3 до 5 мм.
При сварке металла малых толщин (5—6 мм) исподЬЗуется проволока диаметром 3 мм, сварка стыковых соединений выпол няется без скоса кромок и без зазора; при больших толщинах •производится V- или Х-образная разделка кромок. Прц СВарке
Для повышения стойкости против горячих Трещин преду сматривают гарантированный зазор между свариваемыми кром ками стыковых соединений для обеспечения свободной усадки металла. Величину" зазора выбирают при отработке технологии.
Для получения сварных швов с гарантированным проваром и с целью уменьшения пористости в сварных соединениях нике левых сплавов применяют способ аргонодуговой сварки с ис пользованием активирующих флюсов (АФ). Способ обеспечи вает получение более широкого проплава и более узкой лицевой стороны шва по сравнению с обычной аргонодуговой сваркой. В табл. 28.5 приведен химический состав флюса, реко мендуемый при сварке никелевых сплавов.
С целью предупреждения образования пор в металле шва наносить АФ рекомендуется непосредственно перед сваркой. Оставшийся на поверхности швов налет шлака АФ не оказы вает отрицательного влияния на механические свойства и кор розионную стойкость соединений.
28.4.6. Электронно-лучевая сварка
Электронно-лучевой сваркой можно сваривать практически все марки никелевых сплавов, при этом удается получать соедине ния больших толщин за один проход и с большой скоростью. Следует применять рекомендации такие же, как при аргоно дуговой сварке.
Высокая чистота атмосферы (вакуум) и особенности терми ческого цикла позволяют получать соединения с механическими свойствами на уровне основного металла.
28.4.7. Диффузионная сварка
Этот способ находит все большее применение в различных обла стях машиностроения, в электронной технике и при получении прецизионных соединений. Условия сварки: наличие вакуума и отсутствие первичной кристаллизации при нагреве до темпера тур ниже температуры плавления соединяемых металлов позво ляют получать сварные соединения с высоким уровнем меха нических и служебных свойств. В некоторых случаях появля ется возможность совмещения процесса сварки с последующей термической обработкой.
При сварке никеля, сплавов типа монель, константан, имею щих на поверхности пленку окислов, легко удаляемую при на греве в вакууме, трудностей в проведении процесса не обнару
живается. Сварку производят |
при |
параметрах режима: Т - |
= 900н-1000 °С, Р= 14,7 МПа, |
*=10 |
мин, вакуум не менее |
0,013 Па. Сварные соединения имеют прочность на разрыв ов = = 539 МПа при относительной деформации е=0,72%.
Жаропрочные сплавы никеля, имеющие в качестве легирую щих добавок Mo, W, V, А1, Ti и другие элементы, затрудняющие диффузионные процессы, требуют повышения температуры сварки и увеличения удельного давления. Для сплава ХН75МБТЮ (ЭИ602), например, рекомендуется режим сварки: 7= 1150-г-1175 °С, Р= 19,6-т-29,4 МПа, / = 6-т-10 мин, вакуум не менее 0,013 Па. Механические свойства полученных соединений составляют а„ = 747,5 МПа, е= 45 %. В ряде случаев при сварке жаропрочных никелевых сплавов рекомендуют применять стеарин, нанося его на стыкуемые поверхности, для облегчения восстановления металлов из оксидов.
Для соединения ряда высоколегированных сплавов Ni при меняют самофлюсующиеся расплавляемые промежуточные про слойки, содержащие В, Li, К и другие элементы, способные вос становить и растворить прочные оксиды с образованием легко плавких эвтектик, испаряющихся в вакууме.
При сварке Ni процесс можно вести в среде водорода с точ кой росы ниже —40 °С.
Диффузионной сваркой никель хорошо соединяется с медью. Режим сварки: 7 = 900 °С, Р= 12,7-*-14,7 МПа, /=20-ь30 мин, вакуум не ниже 9,013 Па. Остаточная деформация составляет
ес*1 %.
28.4.8. Контактная сварка
Никель обладает значительно большей электропроводностью, чем сплавы на его основе. В связи с этим точечная сварка
|
|
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А 28. в |
|
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ |
РЕЖИМЫ |
СВАРКИ |
НИКЕЛЯ |
|
|||
|
|
Удельное давление |
|
|
|
||
Материал |
Толщина |
|
|
|
Ток, А |
Время, с |
|
листа, мм |
кгс/мм2 |
МПа |
|||||
|
|
|
|
|
|||
Технический никель |
0,5—0,8 |
1 400 |
13,734 |
7 760 |
0,51—0,67 |
||
|
0,9— 1,5 |
2 450 |
24,034 |
9 200 |
0,51—0,67 |
||
|
1,6—2,2 |
2 450 |
24,034 |
21 600 |
0,83— 1,0 |
||
|
2,3—2,5 |
2 |
100 |
20,601 |
26 400 |
1,67—2,0 |
|
|
3,2 |
2 |
100 |
20,601 |
30 800 |
2,76—3,34 |
|
Монель-металл |
0,5—0,8 |
1 050 |
10,300 |
6 200 |
1,67—2,0 |
||
|
0,9— 1,5 |
1 |
750 |
17,167 |
10 600 |
1,67—2,0 |
|
|
1,6—2,2 |
2 800 |
27,468 |
15 300 |
1.67—2,0 |
||
|
2 ,3 -2 ,5 |
2 450 |
24.034 |
20 000 |
2,67—3,34 |
||
|
3,2 |
2 450 |
24,034 |
21 300 |
4,18—5,0 |
||
Сплавы никеля с же |
0,5—0,8 |
1 050 |
10,300 |
4 040 |
1,67—2,0 |
||
лезом |
0,9— 1,5 |
2 100 |
20,601 |
3 730 |
1,67—2,0 |
||
|
0,6—2,2 |
2 800 |
27,468 |
6 |
100 |
1,67—2,0 |
|
|
2,3—2,5 |
2 800 |
27,468 |
12 700 |
2,67—3,34 |
||
|
3,2 |
2 450 |
24,034 |
20 |
100 |
4,18—5,0 |
|
|
|
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А 28.7 |
|
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ (кгс/мм*) СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ |
|||||||
ИЗ |
СПЛАВА ХН60ВТ |
ПОСЛЕ СТАРЕНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫ Х |
|
||||
|
|
СПОСОБАХ |
СВАРКИ |
|
|
|
|
|
Температура испытаний, °С |
|
Температура испытаний, °С |
||||
Способ |
|
|
|
Способ |
|
|
|
сварки |
20 |
800 |
900 |
сварки |
20 |
800 |
900 |
|
|
||||||
При старении после сварки |
При старении до сварки |
||||||
Аргоноду |
105 |
52—55 |
3 2 -3 6 |
Аргоноду |
90 |
31—34 |
31—34 |
говая |
|
|
|
говая |
|
|
|
Шовная |
90 |
31—36 |
28—30 |
Шовная |
— |
19—24 |
19—24 |
Точечная |
895 |
3 2 5 -4 8 0 |
325—480 |
|
|
|
|
П р и м е ч а н и е . |
Режим старения: 800 °С, 2 ч, охлаждение |
на воздухе. |
|||||
сплавов осуществляется при меньшей силе тока, чем техниче ского Ni. Режимы сварки низкоуглеродистого Ni близки к режи мам для низколегированных сталей. Сравнительно высокая прочность никеля и его сплавов требует применения более высо ких давлений на электроде. Диаметр электродов сферической или конической формы выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла: при толщине 0,5—1,5 мм диаметр элек трода составляет 3—6 мм, при толщине 1,5—2,5 мм диаметр электрода 6—8 мм и при толщине 2,5—3,0 мм 8—10 мм.
Никель и его сплавы хорошо свариваются также со сталями и медными сплавами.
Ориентировочные режимы точечной сварки тонколистового никеля и его сплавов приведены в табл. 28.6 [5].
Режимы шовной и стыковой сварки никеля и е^о сплавов можно ориентировочно принимать по режимам для сварки ти тана. Сравнительные данные о механических свойствах свар ных соединений приведены в табл. 28.7 [5].
Глава 29. СВИНЕЦ И ЕГО СПЛАВЫ
(Фролов В. В., Ермолаева В. И.)
29.1. Физико-химические свойства свинца
Свинец — химический элемент IV А группы Периодической системы Д. И. Менделеева с порядковым номером 82 и атомной массой 207,19. Сви нец кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке, диамагни тен, при температуре 7,2 К переходит в сверхпроводящее состояние.
Основные физико-химические и механические свойства |
свинца приве |
дены ниже: |
|
Плотность, кг/м3 .......................................................................... |
11 340 |
Температурный коэффициент линейного расширения, • 10е, |
29 |
град“1 |
Коэффициент теплопроводности, Вт-см"1-град-1 |
0,34 |
|
Удельное электрическое сопротивление, мкОмсм |
20,65 |
|
Температура |
плавления, °С |
327 |
Температура |
кипения, °С |
1340 |
Предел прочности при растяжении, МПа |
18,0 |
|
Предел текучести, МПа |
5,0 |
|
+4. В низшей степени окисления более устойчив, в высшей проявляет окис лительные свойства. Свинец устойчив в соляной и серной кислотах вслед ствие пассивации поверхности плохо растворимыми солями, легко растворя ется в азотной и уксусной кислотах. Оксиды свинца амфотерны, низший оксид РЬО взаимодействует с высшим РЬОг, образуя РЬзОч. Свинец и его соединения ядовиты, предельно допустимая концентрация в воздухе состав ляет 0,01 мг/м3 [5]. Свинец очень пластичный металл, легко прокатывается в тонкие листы, мягкий и ковкий. Температура рекристаллизации свинца 0°С, поэтому получить свинец в наклепанном состоянии при комнатной темпера туре Нельзя. Свойства свинца сильно зависят от наличия примесей.
Свинец |
применяют |
в химической, электротехнической, атомной |
промыш |
|||||
ленности, сверхпроводниковой технике. |
|
|
||||||
Свинец |
выпускают |
семи марок (ГОСТ 3778—77): С0000, |
С000, С00, |
|||||
СО, Cl, |
С2, |
СЗ, содержание свинца в которых меняется от 99,9999 % (по |
||||||
массе) |
(С0000) |
до |
99,9% |
(по массе) (СЗ). Основные примеси |
в |
свинце — |
||
Ag, Си, |
Zn, |
Bi, |
As, |
Sn, |
Sb, |
Fe. |
|
|
29.2. Основные марки, структура и механические свойства сплавов свинца
Сплавы свинца характеризуются высокой плотностью, твердостью, хорошими антифрикционными свойствами, коррозионностойки.
Свинец образует со многими металлами эвтектические сплавы, с щелоч
ными и щелочно-земельными металлами — интерметаллиды. |
Добавка Sb и |
Sn к свинцу повышает его прочность и твердость, As делает |
РЬ дисперсион- |
но-твердеющим, таллий уменьшает ползучесть. Наличие Sb в свинце при водит к охрупчиванию металла шва, поэтому для сварки желательно ис пользование бессурьмянистого свинца.
Сурьмянистый свинец имеет маркировку ССу и выпускается нескольких составов в зависимости от содержания примесей и назначения (ГОСТ 1292—81). Сурьмянистый свинец общего назначения марок CCyl, ССу2,
СС’уЗ, ССу8, ССу 10 содержит от 2,5 до |
12 % (по массе) сурьмы в качестве |
|
основного компонента. |
оболочек кабелей |
применяется сурьмянистый свинец |
Для изготовления |
||
марок ССуМ, CCyMl, ССуМ2, ССуМЗ, ССуМЮ, в которых содержание сурьмы составляет от 0,15 до 0,95% (по массе), остальных примесей еще
меньше.
Сплавы свинца легкоплавки, их используют в качестве припоев марок ПОС и типографских сплавов.
Сплавы 'Типографские безоловянные изготавливают из свинца не ниже марки СЗ (ГОСТ 3778^7,7), сурьмы Су2 (ГОСТ 1089—82) и мышьяка. Хи мический состав типографских сплавов марок МШ1, МШ2, МШЗ, МП1, МСМ1, МЛн1, определяется ГОСТ 5188—49. Сплавы этих марок содержат 9,5—*15 % Sb, 1—4 % As, примеси Sn, Си, Ni, Fe, Zn, S составляют от 0,2 до 0,6 % (rto массе), остальное РЬ.