Свариваемость материалов

29.3. Свариваемость свинца и его сплавов

Низкая теплопроводность свинца позволяет сваривать металл при небольших тепловложениях. Малая растворимость в рас­ плавленном свинце кислорода, азота и водорода позволяет при газовой сварке использовать водородно-кислородное пламя.

Пары свинца ядовиты, поэтому сварочный пост должен быть оборудован приточно-вытяжной вентиляцией, обеспечивающей содержание свинца ниже предельно допустимых концентраций.

При сварке технического свинца металл шва получается крупнокристаллическим и малопластичным. Для повышения пластичности шва основной металл и присадочную проволоку легируют кальцием, оловом, селеном и другими модификато­ рами [3].

29.4.Технология сварки свинца и его сплавов

29.4.1.Подготовка под сварку

Перед сваркой свариваемые кромки должны быть зачищены до металлического блеска на ширину не менее 30 мм от каждой кромки. Допускается применение химического травления в рас­ творе уксусной кислоты, содержащем уксуснокислый аммоний [9], или промывка в четыреххлористом углероде [10].

Очищенная поверхность свинца сохраняется незначительное время и может потребоваться повторная зачистка кромок не­ посредственно перед сваркой.

Сварка плавлением свинца и его сплавов может произво­ диться в любом положении швов в пространстве. При двусто­ ронней сварке металла толщиной до 10 мм скос кромок не про­ изводят. Для полного провара металла толщиной более 6 мм при односторонней сварке рекомендуется производить односто­ ронний скос кромок под углом 35° с каждой стороны с притуп­ лением до 4 мм. При вертикальной сварке вследствие легко­ плавкости, жидкотекучести и большой удельной массы свинца следует применять передвижные формирующие планки-под­ кладки. Применять подкладки рекомендуется и при сварке дру­ гих стыковых соединений, причем для толщйны до 4 мм под­ кладки могут быть из асбеста.

Присадочную проволоку выбирают в соответствии с маркой свариваемого свинца.

Целесообразно присадочный металл закладывать в стык, что повышает производительность сварки и до некоторой сте­ пени предохраняет от вытекания металла.

Сварку свинца осуществляют преимущественно газовым пла­ менем, дугой угольным электродом или неплавящимся электро­ дом в среде аргона.

29.4.2. Газовая сварка

Газовая сварка применяется для свинца и его сплавов толщи­ ной от 0,8 до 30 мм и более. Используют ацетилено-кислородное и водородно-кислородное пламя. Как правило, газовую сварку применяют при облицовке гальванических ванн, сварке свинцо­ вых трубопроводов небольших диаметров, наплавке свинца на черные металлы. Ацетилено-кислородную сварку производят пламенем нормального состава (р=1-т-1,2). Мощность пламени (л/ч) H7=100s, где s — толщина свариваемого металла, мм. Процесс сварки необходимо осуществлять с максимально воз­ можной скоростью, чтобы не происходило вытекание свинца из стыка. При толщине металла более 1,5—2 мм сварку произво­ дят в несколько слоев «левым» способом с наклоном горелки 30—45° к изделию. В качестве флюса применяют стеарин или расплав стеарина с канифолью, перед нанесением флюса на кромки свариваемые листы в стыке подогревают горелкой. Флюс химически не реагирует со свинцом и только защищает металл от окисления.

Вследствие высокой пластичности свинца не требуется мер по борьбе со сварочными напряжениями, однако при сварке сурьмянистого свинца возможно образование трещин.

29.4.3. Дуговая сварка угольным электродом

Дуговая сварка угольным электродом выполняется на перемен­ ном и постоянном токе, лучшие результаты получаются на по­ стоянном токе прямой полярности. При бесфлюсовой сварке на поверхности расплавленной ванны образуется пленка оксида свинца, которую необходимо механически удалять. Лучшее ка­ чество швов получают при использовании флюсов — стеарин или расплав стеарина с канифолью. Металл малых толщин (до 4 мм) сваривают встык за один проход, при больших толщи­ нах— за два или три прохода. Сварку за первый проход осу­ ществляют без присадочного металла за счет расплавления кромок. При втором проходе используют присадочный металл, увеличение размеров сварочной ванны достигают круговыми движениями электрода. Третий проход выполняют при сварке свинца значительных толщин. Рекомендуется пульсирующая дуга: наряду с перемещением электрода в горизонтальной пло­ скости ему сообщаются небольшие колебания в вертикальной плоскости. Сварку ведут без подогрева, в начале сварки путем задержки дуги подогревают первый участок стыка. Сварку ве­ дут без перерыва. При случайном обрыве дуги необходимо вна­ чале зачистить участок вокруг кратера до металлического бле­ ска и лишь после этого продолжать сварку. С целью сглажива­ ния сварного шва допускается его обрубка и проковка.

Режимы дуговой сварки свинца угольным электродом ха­ рактеризуются малыми сварочными токами — не выше 100 А из-за возможной резки при более высоких токах и напряжении на дуге 10—12 В.

Ориентировочные режимы дуговой сварки свинца угольным электродом приведены в табл. 29.1.

Для механизации сварочных работ рекомендуется использо­ вать дуговую сварку неплавящимся электродом в среде инерт­ ных газов. Сварку свинца малых толщин (до 3 мм) во всех пространственных положениях выполняют короткой дугой на постоянном токе прямой полярности в среде аргона.

29.4.4. Импульсно-дуговая сварка

Импульсно-дуговая сварка осуществляется точками, поэтому большое влияние на проплавляющую способность дуги оказы­

При большем шаге снижается величина провара. Для обеспе­ чения максимальной проплавляющей способности дуги форма импульса тока должна приближаться к прямоугольной.

29.4.5. Холодная сварка свинца

Холодная сварка свинца используется для малых толщин — до 2—2,5 мм [2]. Минимальная величина деформации при этом со­ ставляет 84%. Холодная сварка сдвигом позволяет снизить ве­ личину деформации до 50 % [10]. Скорость нагружения мало влияет на деформируемость и прочность сварных соединений из свинца. Прочность сварных соединений составляет 0 В= 29-^ -т-49 МПа и близка к прочности основного металла, на уровне основного металла находятся электропроводность и другие свойства.

Свинец можно сваривать взрывом.

Глав а 30. СЕРЕБРО И ЕГО СПЛАВЫ (Фролов В. В., Ермолаева В. И.)

ЗОЛ. Физико-химические свойства серебра

в контакте с резиной и эбонитом нельзя. Серебро используется в приборо­ строении в основном для изготовления контактов, в химической промышлен­ ности для изготовления сварных конструкций, работающих в особо агрес­ сивных условиях, в криогенной технике, в ювелирной промышленности.

Различные примеси даже в небольших количествах значительно пони­ жают проводимость серебра. Серебро подвержено эрозии и имеет низкие параметры дуги по сравнению с другими металлами, хорошо поддается всем видам пластической обработки, сваривается и паяется.

Серебро выпускается двух марок: Ср999,9 и Ср999 (ГОСТ 6836—80), содержание серебра в которых составляет 99,99 % и 99,9 % соответственно. Основные примеси: Pb, Fe, Sb, Bi.

30.2. Основные марки, структура и механические свойства

Серебро образует непрерывный ряд твердых растворов с золотом и палла­ дием, сплавы которых имеют широкое применение.

В системе серебро — золото при средних концентрациях компонентов удельное сопротивление, теплопроводность, пластичность максимальны, ме­ ханическая прочность низкая, корбзионная стойкость большая. Золотосе­ ребряные сплавы упрочняют медью, они имеют маркировку ЗлСрМ990-5,

Сплавы системы Ag — Pd выпускают двух марок: СрПд20 и СрПд40 с содержанием серебра 80 и 60 % соответственно. Они обладают свой­ ствами, аналогичными свойствам золотосеребряных сплавов.

с ограниченной растворимостью компонентов. Сплавы с содержанием Pt 10—45 % (по массе): могут подвергаться старению. Термической обработкой этих сплавов можно достигнуть высокой твердости и прочности: до 3600 МПа после закалки при 1000 °С и старении при 550 °С.

Сплавы Ag — Си образуют диаграмму состояния эвтектического типа с областями ограниченной растворимости. Старение может значительно по­ высить механические свойства сплавов* Медь увеличивает твердость и по­ нижает эрозию серебра особенно в области эвтектических сплавов, но ухуд­ шает коррозионные свойства.

30.3. Свариваемость серебра и его сплавов

Сварка серебра и его сплавов затруднена из-за большой тепло­ проводности, что требует применения концентрированных ис­ точников тепла, применения предварительного подогрева до 500—600 °С. Высокий коэффициент теплового расширения мо­ жет приводить к появлению значительных напряжений и дефор­ мации изделий. Жидкое серебро хорошо растворяет кислород, при кристаллизации металла возможно образование эвтектики Ag20 —Ag с температурой плавления 507 °С, выделение кото­ рой охрупчивает металл, а также возможно образование пор. При плавлении и сварке серебро интенсивно испаряется. Со­ держащиеся в сплавах серебра примеси Al, Си, Si, Cd могут окисляться при сварке, что будет приводить к потере пластич­ ности сплава. Из-за большой жидкотекучести сварку серебра и его сплавов рекомендуется выполнять в нижнем или слегка

30.4. Технология сварки серебра и его сплавов

Для сварки серебра и его сплавов применяют газовую сварку, аргонодуговую сварку неплавящимся электродом, используют кузнечную сварку.

При газовой сварке используют метанокислородное и ацетилейокислородное нормальное пламя, а также присадочную про­ волоку, раскисленную алюминием, и флюс, приготовленный на этиловом спирте из равных количеств буры и борной кислоты. Флюс наносят на соединяемые кромки или присадочную про­ волоку. Мощность пламени, л/ч: №=(100—150)s, где s — тол­ щина свариваемого металла, мм [5J. Применяют «левый» способ сварки, при этом расстояние от ядра пламени до поверхности сварочной ванны должно быть 3—4 мм. Горелку располагают перпендикулярно или слегка наклонно к свариваемой поверх­ ности. Нагрев осуществляют с максимально возможной ско­

ростью, без перерывов и повторений. Сборку производят, как правило, без прихваток в специальных приспособлениях. Сва­ риваемые кромки и присадочная проволока расплавляются од­ новременно, причем проволока нагревается до более высокой температуры. Швы весьма склонны к порообразованию.

Механические свойства соединений, выполненных ацетилено­ кислородной сваркой: ов 98—127 МПа, угол загиба 30—180°.

Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде аргона осуществляется постоянным током прямой полярности. Приса­ дочную проволоку выбирают по составу близкой к сваривае­ мому металлу. Возможны ручная и автоматическая сварка. Руч­ ную сварку осуществляют «углом вперед» без поперечных коле­ баний, угол наклона горелки к свариваемой поверхности состав­ ляет 60—70°, присадочная проволока подается под углом 90° к вольфрамовому электроду. Сварка стыковых соединений се­ ребра выполняется в нижнем или слегка наклонном положении. Качественное формирование шва обеспечивается применением формирующих подкладок [5]. Механические свойства соедине­ ний из серебра, выполненных аргонодуговой сваркой вольфра­ мовым электродом, выше, чем при газовой сварке. В табл. 30.1 приведены механические свойства соединений, выполненных аргонодуговой сваркой на листовом серебре марки Ср999,9 тол­ щиной 2 мм. Исходный металл имел предел прочности пв= 161,9 МПа, относительное удлинение 6= 28,5 %, угол загиба а= 180°.

Наиболее стабильными свойствами, близкими к свойствам исходного металла, обладают сварные соединения, выполнен­ ные в камере с контролируемой атмосферой, что связано с на­

Для получения чистых тугоплавких металлов из руд используется весь комплекс средств химической технологии получения чистых веществ и ва­ куумной металлургии: ионно-обменная хроматография, иодидный метод, электролиз, возгонка легкоплавких примесей, электродуговая и электронно­ лучевая плавка, электрошлаковый переплав, зонное рафинирование и т: д. Исходная чистота металлов во многом определяет их свойства и поведение при различных операциях обработки, в том числе и сварки.

Весьма перспективными способами получения готовых изделий или полу­ фабрикатов из тугоплавких металлов (особенно молибдена и вольфрама) являются методы порошковой металлургии, прессование и спекание или го­ рячее изостатическое прессование порошка различной зернистости. Очевидно, имеет перспективу и способ получения гранулированных тугоплавких ме­ таллов.

В настоящее время деформируемые сплавы на основе тугоплавких ме­ таллов применяют в виде прутков, листов, штамповок, труб, профилей, про­ волоки и фольги. Обработка давлением тугоплавких металлов осуществля­ ется различными способами в зависимости от условий производства и вида заготовок. К основным способам относятся: ковка, штамповка, прессование, прокатка, волочение, деформация с применением энергии взрыва, комбини­ рованные методы.

С помощью ковки из тугоплавких металлов можно получать как полу­ фабрикаты, предназначенные для дальнейшей переработки (прутки, фасон­ ные профили, плоские заготовки и др.), так и готовые изделия. Ковку осу­ ществляют на молотах, прессах или ротационно-ковочных машинах. Откры­ тую ковку при высоких температурах производят в камерах с защитной

атмосферой.

По сравнению с ковкой прессование является более предпочтительной операцией обработки давлением тугоплавких металлов из-за меньшей веро­ ятности растрескивания слитка, лучшего, качества изделия и быстроты про­ цесса. Однако применение прессования ограничено мощностью прессового

пературу постепенно уменьшают. Прокатку осуществляют в специальных па­ кетах на вакуумных или газозащитных прокатных станах.

Прутки небольших диаметров и проволоку из тугоплавких металлов получают волочением на волочильных машинах барабанного типа.

Термическая обработка является одним из эффективных средств прида­ ния тугоплавким металлам и сплавам на их основе необходимой структуры и свойств. Для этих материалов применимы все известные виды термиче­ ской обработки: 1) отжиг, включающий гомогенизацию, возврат и рекри­ сталлизацию; 2 ) фазовая перекристаллизация, сопровождаемая изменением фазового состава; 3) закалка и старение.

Основным видом термической обработки является отжиг. Закалка и старение находят широкое применение лишь для полиморфных сплавав циркония, когда в результате быстрого нагрева и охлаждения происходит бездиффузионное мартенситное превращение.

Из-за большой химической активности тугоплавких металлов операции их термической обработки должны проводиться в защитных средах. В ка­ честве защитных сред используются инертные газы и вакуум. Для воль­ фрама и молибдена может быть использована атмосфера сухого и очищен­ ного водорода.

31.1.1. Взаимодействие с примесями внедрения

ихладноломкость тугоплавких металлов

Вметаллах атомы примесей внедрения (кислород, азот, водород и углерод)

Рис. 31.1. Влияние примесей внедрения на температуру хладноломкости ванадия (а), ниобия (б) и молибдена (в) [3]

и приводит к изменению механических свойств. Степень влияния примесей внедрения на свойства зависит от их предельной растворимости в металле (рис. 31.1, табл. 31.3), типа решетки и характера образующихся соединений; чем меньше растворимость и атомный радиус элемента, тем больше это влияние.

По современным представлениям, примеси внедрения создают так назы ваемые атмосферы Коттрелла, являющиеся препятствием для движущихся дислокаций. Кроме того, выделившись из твердого раствора, примеси скал

ливаются по границам зерен в виде сегрегаций или избыточных фаз. Из-за

ВОЗМОЖНЫЕ ПРЕДЕЛЬНЫ Е СОДЕРЖАНИЯ ПРИМЕСЕЙ ВНЕДРЕНИЯ В ТВЕРДЫ Х РАСТВОРАХ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОВ VA И VIA ПОДГРУПП, % (ПО МАССЕ)

высокой хрупкости этих выделений прочность границ снижается, что при­ водит к возникновению трещин.

Технические чистые металлы IVA (Zr) и VA (V, Nb, Та) групп обычно содержат количество примесей внедрения, меньшее предела их растворимо­ сти и представляют разбавленные твердые растворы по отношению к этим примесям. Они пластичны даже при криогенных температурах. Основной причиной хрупкого разрушения таких металлов является высокотемператур­ ное насыщение примесями внедрения.

Наиболее вредной с точки зрения охрупчивания при низких темпера­ турах для этих металлов является примесь водорода. Уже при содержании в металле водорода 0,001 % резко снижается низкотемпературная пластич­ ность Zr, V, Nb и Та.

Наличие водорода существенно влияет и на температуру вязко-хрупкого перехода (Тх). Азот и кислород оказывают охрупчивающее действие при со­ держании примерно 0,01 % (по массе). Влияние растворенного углерода на Тх совсем незначительно; охрупчивание наблюдается лишь при превышении

талла даже при низкотемпературных вакуумных отжигах.

31.1.2. Коррозионная стойкость тугоплавких металлов

К главным недостаткам тугоплавких металлов относится их низкая жаро­

фузии атомов кислорода через оксидную пленку на границу раздела ме­ талл — оксид.

Тугоплавкие металлы, как правило, образуют с кислородом несколько различных оксидов. Интенсивнее всех окисляется Zr. Температура начала