Главная


Оcновы сварки судовых конструкций




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 20 ... 60 ... 100 ... 140 ... 180 ... 220 ... 260 ... 279
120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159


скачать книгу Оcновы сварки судовых конструкций




ляют области с различными структурами и механическими свойства­ми (определяемой здесь твердостью металла по Виккерсу). Для про­хождения перлитного превращения необходимо, чтобы кривая ох­лаждения была правее кривой НУ 490, так как в противном случае структура будет полностью мартенситной. Такая структура будет иметь высокую твердость и хрупкость. Для определения скорости охлаждения металла ЗТВ на конкретно выбранном режиме произво­дят ее вычисление по формуле (для случая сварки пластин встык)
...
Для определения параметров режима сварки можно использовать и диаграммы изотермического распада аустенита данной марки стали, однако, простое наложение на них кривых охлаждения дает определен­ную ошибку. Здесь нужно учитывать непрерывность охлаждения метал­ла, характерную для условий сварки. Экспериментально было показано, что при непрерывном охлаждении температура наименьшей устойчиво­сти аустенита 7\п снижается на 55 °С по сравнению с изотермическими условиями, а наименьшее время до начала распада аустенита £т.п при­мерно в 1,5 раза больше найденного по диаграмме изотермического рас­пада. В ЗТВ под влиянием высокой температуры растет зерно, и это повышает устойчивость аустенита примерно в 2 раза (1,5 • 2 = 3). Здесь величину £т.п берут из диаграммы изотермического распада конкретной марки стали. Учитывая эти поправки, можно вычислить критическую скорость охлаждения, при которой перлитное превращение с учетом непрерывного охлаждения пройдет полностью (или частично):
...
Очевидно, что для обеспечения хороших свойств сварного соеди­нения (и наличия в металле ЗТВ перлитной структуры или структур полураспада) необходимо соблюдение соотношения
...
Склонность данной марки стали к закалке (а значит и ее чувстви­тельности к термическому циклу сварки) определяется содержани­ем в ней углерода и суммы легирующих элементов. Все эти элементы увеличивают инкубационный период и замедляют распад аустенита. Влияние легирующих элементов на закаливаемость стали с помощью соответствующих коэффициентов с некоторым приближением мож­но привести к аналогичному влиянию углерода, который наиболее сильно влияет на закаливаемость стали.
...
Для конструкционных высокопрочных судостроительных сталей с пределом текучести 600... 1000 МПа может быть применена форму­ла для расчета такого химического углеродного эквивалента:
...
ляют области с различными структурами и механическими свойства­ми (определяемой здесь твердостью металла по Виккерсу). Для про­хождения перлитного превращения необходимо, чтобы кривая ох­лаждения была правее кривой НУ 490, так как в противном случае структура будет полностью мартенситной. Такая структура будет иметь высокую твердость и хрупкость. Для определения скорости охлаждения металла ЗТВ на конкретно выбранном режиме произво­дят ее вычисление по формуле (для случая сварки пластин встык)
...
Значение углеродного (химического) эквивалента, рассчитанно­го по этой формуле, для отечественных высокопрочных, конструкци­онных сталей составляет 0,32...0,35, тогда как у сопоставимых марок американских сталей это значение выше (НУ100 Сэкв = 0,42). Это и есть второй способ определения склонности стали к закалке под дей­ствием термического цикла. Существует критическое значение угле­родистого эквивалента, до достижения которого стали могут свари­ваться без образования хрупких структур, и их сопротивляемость к образованию холодных трещин достаточно высока. При этом получе­ние нужных скоростей охлаждения можно достичь регулированием параметров режима сварки без применения подогрева. Если значе­ния Сэкв больше критического, то для получения благоприятных ско­ростей охлаждения металла необходимо введение подогрева.
...
В случае необходимости подогрева металла перед сваркой его тем­пература может быть выбрана с учетом углеродного (химического) эквивалента и свариваемой толщины Ср. По этой методике сначала определяют общий эквивалент
...
Экспериментальные данные и производственный опыт показыва­ют, что если Сэкв < 0,45%, то данная сталь может свариваться без пред­варительного подогрева по обычной технологии, если же Сэкв > 0,45%, то необходим подогрев. При этом его температура тем выше, чем боль­ше величина С кв.
...
Одним из основных факторов повышения сопротивляемости об­разованию холодных трещин при сварке современных высокопроч­ных сталей является снижение содержания углерода в основном ме­талле. Во время сварки этих сталей при разнице содержания углерода в 0,03% стойкость сварных соединений к образованию холодных тре­щин значительно изменяется.
...
Исследованиями свариваемости высокопрочных хромоникельмо-либденовых сталей было определено, что при содержании углерода 0,14% фиксируются поперечные холодные трещины. Металлографи­ческие исследования обнаруживают в сварном соединении структу­ру бейнита с большим количеством цементита по границам колоний и реек мартенсита. Наблюдаются также выделения цементита отпус­ка, что усугубляет охрупчивание металла ЗТВ при сварке. Для ука­занного класса сталей суммарное влияние легирующих элементов на свариваемость рассчитывается по формуле
...
Значение углеродного (химического) эквивалента, рассчитанно­го по этой формуле, для отечественных высокопрочных, конструкци­онных сталей составляет 0,32...0,35, тогда как у сопоставимых марок американских сталей это значение выше (НУ100 Сэкв = 0,42). Это и есть второй способ определения склонности стали к закалке под дей­ствием термического цикла. Существует критическое значение угле­родистого эквивалента, до достижения которого стали могут свари­ваться без образования хрупких структур, и их сопротивляемость к образованию холодных трещин достаточно высока. При этом получе­ние нужных скоростей охлаждения можно достичь регулированием параметров режима сварки без применения подогрева. Если значе­ния Сэкв больше критического, то для получения благоприятных ско­ростей охлаждения металла необходимо введение подогрева.
...
специальные низководородистые электроды, устанавливаются нор­мы допустимого содержания водорода в металле шва в зависимости от его химического состава. 
...
Третьим фактором, влияющим на образование холодных трещин в сварных соединениях, является их напряженно-деформирован­ное состояние. Здесь влияние могут оказывать и остаточные сва­рочные напряжения, и, особенно, реактивные напряжения (возни­кающие в заделанных элементах конструкции, когда их перемещения при местном сварочном нагреве практически запрещены). Этот фак­тор определенным образом отражен в формуле результирующего углеродного эквивалента через толщину свариваемого элемента (с увеличением толщины элемента увеличивается жесткость узла конструкции). Существуют формулы, в которых при оценке склон­ности к трещинообразованию отражены химический состав стали, свариваемая толщина и содержание водорода (см. разд. 7).
...
При сварке высокопрочных сталей особое значение приобретает концентрация напряжений в местах резкого изменения сечения эле­ментов конструкции. Поэтому здесь необходимо особое отношение к оформлению переходов усиления сварного шва к основному металлу (достаточно большой радиус перехода). С учетом изложенного, и тех­нология сварки высокопрочных сталей перлитного класса имеет свои особенности.
...
Если значение углеродного эквивалента Сжв < 0,45, то подогрев при сварке не нужен и технология в ее режимной части практически не отличается от таковой для низкоуглеродистых сталей. При более высоком значении углеродного эквивалента необходимо введение подогрева. Его температура в зависимости от марки свариваемой ста­ли рассчитывается по формуле (8.1).
...
Выполнять подогрев можно как предварительный или сопутству­ющий. Обычно температура подогрева лежит в диапазоне 100...200 °С. При высоком углеродном эквиваленте подогрев может достигать 300...500 °С. Осуществляется подогрев в муфельных печах (для отно­сительно небольших по габаритам узлов), индукторами тока промыш­ленной частоты, специальными гибкими лентами со спиралью для электрического подогрева, газовыми горелками с насадками, обеспе­чивающими подогрев за счет инфракрасного облучения. Можно вес­ти подогрев и открытым пламенем газовой горелки, однако это наи­менее желательный способ, так как он не исключает получения прижогов на поверхности основного металла.
...
Выбранную температуру подогрева можно проверить, рассчитав при конкретно выбранном режиме скорость охлаждения металла в ЗТВ и сориентировавшись по диаграмме анизотермического распада аустенита с получаемыми структурами. Если они неблагоприятны, то корректируются либо режимы сварки, либо температура подогрева.
...
Если сварное соединение выполняется многопроходной сваркой (ручной или автоматической), то скорость охлаждения металла шва и ЗТВ можно в определенных пределах регулировать изменением числа проходов и последовательности их наложения. Возможны два случая.
...
Длину единовременно заваренных участков, при которой выпол­няется это условие, можно рассчитать по формулам теории распрос­транения теплоты при сварке.
...
Применяемые диапазоны погонных энергий при различных спо­собах сварки перлитных сталей колеблются в пределах:
...
той же системы легирования, что и основной металл, ограничивая содержание в нем углерода, серы и фосфора. Равнопрочность соеди­нения при этом гарантируется созданием соответствующего сечения шва. При расчете химического состава шва (а значит и его механи­ческих свойств) обязательно учитывают подлегирование металла шва за счет доли участия в нем основного металла; эта доля колеблется в значительных пределах для разных способов сварки. Одинаковый структурный состав металла шва и основного металла при их при­мерно одинаковой прочности дает возможность применять автома­тическую сварку с режимами, обеспечивающими достаточно боль­шое сечение прохода. Это позволяет уменьшить количество проходов по сравнению с ручной сваркой.
...
Возможен и другой вариант — применение аустенитных свароч­ных материалов. Аустенит имеет более низкую прочность, и для по­лучения равнопрочных сварных соединений приходится значитель­но увеличивать сечения сварных швов. Так, в некоторых случаях величина усиления стыковых швов может достигать 0,35 (рис. 8.4, б). Это приводит к двум следствиям:
...
Положительными сторонами применения аустенитных материа­лов является их меньшая чувствительность к водороду. Водород хо­рошо растворяется в аустените, а его диффузионная подвижность в кристаллической решетке ограничена — это значительно уменьшает поступление водорода из шва в ЗТВ, поэтому нет строгих требований к его нормированию в шве. Кроме этого, аустенитный шов, по сравне­нию с перлитным, имеет значительно большую пластичность, что весь­ма полезно при эксплуатационных перегрузках. Конкретные марки электродов и системы флюс-проволока выбирают в зависимости от состава основного металла (марки стали), руководствуясь норматив­ной документацией.
...
Как видно из изложенного, одной из основных трудностей при сварке рассматриваемых сталей является опасность получения мар-тенситных структур. Если избежать их за счет технологических при­емов не удается, то приходится применять термическую обработку
...
конструкции после сварки. Эту операцию желательно проводить сра­зу же после сварки, пока температура в районе шва не упала ниже температуры мартенситного превращения, характерной для данной марки стали.
...
Распространенной (после сварочной) термообработкой являет­ся отпуск с нагревом 600...700 °С и выдержкой около двух часов. Такой отпуск способствует переводу структуры в более равновес­ное состояние (мартенсита в сорбит), снятию остаточных свароч­ных напряжений и частичному удалению из сварного соединения диффузионно-подвижного водорода. Этой термообработке обяза­тельно подвергаются сварные конструкции ответственного назначе­ния (паропроводы высокого давления, корпуса атомных реакторов, паропроизводящая аппаратура, котлы и т. д.). Термообработка мо­жет быть общей (иногда в специально изготовленных печах) либо местной (индукционный нагрев в районе швов). Сварные соедине­ния, выполненные аустенитными материалами, как правило, после-сварочной термообработке не подвергаются.
...
Для сварки сталей 40 и 45 и легированных сталей средней проч­ности можно использовать перлитные электроды УОНИ 13/55, УОНИ 13/65 и УОНИ 13/85 или других марок в соответствии с ГОСТ 10052-75. Эти электроды позволяют получить весьма пла­стичный металл шва с высокой стойкостью против образования холодных трещин. Для сталей более высокой прочности, работа­ющих в условиях сложных эксплуатационных нагрузок, рекомен­дуется применять аустенитные электроды с большим запасом аус-тенитности (например, Э-08Х15Н25М6АГ2). Не рекомендуется применять электроды, у которых металлический стержень изго­товлен из проволок типа Св-06Х19Н9Т, Св-13Х25Н18 и им по­добных, ибо из-за перемешивания с основным перлитным метал­лом металл шва теряет аустенитную структуру и становится хрупким.
...
Характерно, что при высокой прочности сталей (при относи­тельно высоком содержании в них углерода) их сварка под кислыми
...
флюсами ОСЦ-45 и АН-348 дает большую чувствительность к хо­лодным и горячим трещинам. Для улучшения свойств металла шва в ряде случаев используют основные флюсы марок АН-26, АН-20, 48-ОФ-10; при этом обеспечивается высокая чистота металла шва по сере и окисным включениям (электродные проволоки Св-08А, Св-ЮГН, Св-08ГСМТ).
...
Флюс перед употреблением рекомендуется прокаливать для удале­ния влаги при температуре 300...350 °С с выдержкой 2...3 ч. Подогрев при сварке большинства сталей не производится. Лишь при сварке жестких узлов конструкций с большой толщиной элементов подогрев следует вводить в технологический процесс (250...300 °С). При необ­ходимости после сварки рекомендуется общий отпуск при темпера­туре -600 °С.
...
Применение глубокоаустенитных проволок при сварке сталей ЗОХГСА и ЗОХГСНА обеспечивает высокую пластичность и работо­способность соединений (например, проволока Св-10Х15Н25АМ6, флюс 48-ОФ-6). Конструктивные элементы разделки кромок, как пра­вило, практически не отличаются от таковых по сравнению с низколе­гированными сталями. Сварку под флюсом АН-348А можно произво­дить на постоянном или переменном токе, а под флюсом АН-15 — на постоянном токе. Режимы сварки выбираются в зависимости от сва­риваемой толщины, диаметра электродной проволоки и ее свойств (аустенит, перлит).
...
Этот процесс находит широкое применение при изготовлении разнообразных конструкций из сталей рассматриваемого класса. Процесс легко механизируется и применяется в модификациях -автоматический и полуавтоматический. При этом в качестве за­щитных газов могут применяться как инертные, так и активные газы и их смеси в разнообразных сочетаниях. В инертных газах сварка может производиться как плавящимся, так и неплавящим-ся электродом. При применении активных газов — только плавя­щимся электродом.
...
Наиболее универсальным способом является полуавтоматичес­кая сварка тонкой электродной проволокой 0,8...2,0 мм в среде угле­кислого газа. Этот способ позволяет производить сварку во всех про­странственных положениях, обладает относительной дешевизной (из-за низкой стоимости и недефицитности углекислого газа) и обес­печивает (при правильном выборе состава электродной проволоки) требуемые свойства металла шва. Здесь так же, как и при сварке низ-
...
конструкции после сварки. Эту операцию желательно проводить сра­зу же после сварки, пока температура в районе шва не упала ниже температуры мартенситного превращения, характерной для данной марки стали.
...
колегированных сталей, в результате диссоциации в дуге молекул газа и воды в газовой фазе над зеркалом жидкого металла образуется из­быточное парциальное давление кислорода и водорода ( Ро
...
При наличии в сварочной ванне некоторого количества кислоро­да, относительно высоком содержании в стали углерода и отсутствии (или недостатке) других раскислителей при кристаллизации ванны продолжение реакции образования СО может вызвать кипение ван­ны и образование пор. Для подавления этой реакции следует через проволоку вводить достаточное количество раскислителей (марган­ца и кремния).
...
Если защитной средой является аргон и раскислители отсутству­ют, то повышение окисленности металла ванны может быть достигну­то за счет добавки к аргону до 5% кислорода или 25% углекислого газа с кислородом (до 5%). При этом процесс окисления углерода интенсифицируется в области более высоких температур, что приво­дит к его угасанию при начале кристаллизации. При сварке в С02 следует контролировать содержание влаги и водяных паров, так как их повышенное содержание даже при хорошей защите приводит к образованию пор.
...
При сварке высокопрочных сталей, как и при сварке низкоуглеро­дистых и низколегированных, все большее применение находит при полуавтоматической сварке порошковая проволока малого диаметра в среде смеси инертных и активных газов. Эта проволока (при соот­ветствующем легировании) позволяет получить металл шва с повы­шенной ударной вязкостью, обеспечить повышение производитель­ности за счет возможности увеличения сварочных токов (на 30...70%), значительно уменьшить коэффициент разбрызгивания, улучшить формирование шва и дает возможность производить сварку во всех пространственных положениях.
...
Особо необходимо отметить, что для сталей типа АБ разработаны и применяются низколегированные и аустенитные сварочные материалы. Для сталей с а02 < 600 МПА, свариваемых, как правило, без подогрева
...
низколегированными перлитными сварочными материалами, с пони­женным содержанием серы и фосфора при относительно малом со­держании углерода (0,04...0,06%) применяются: для ручной сварки электроды марок 48ХН-5, 48ХН-4 с покрытием основного типа; для автоматической сварки — низколегированная проволока Св-04НЗГМТА и Св-04Н2ГТА; при сварке в смеси защитных газов Аг + С02 - проволока Св-04Н2ГСТА и Св-04НЗГСМТА.
...
Стали с более высоким содержанием углерода (высокопрочная сталь типа 14ХН2МДА) при применении низколегированных сва­рочных материалов требуют подогрева. Чтобы его избежать, пред­почтение отдают преимущественно аустенитным сварочным матери­алам с достаточно большим запасом аустенитности. Для ручной сварки - электроды ЭА-981/15 и аустенитно-ферритные ЭА48М/22, высокопрочная проволока 10Х19Н23Г2М5 - для сварки под флю­сом, аустенитная проволока Св-10Х19Н11М4Ф — для сварки в за­щитном газе без сопутствующего или предварительного подогрева.
...
Сварка неплавящимся электродом осуществляется на постоянном токе прямой полярности. При этом применяют вольфрамовые прут­ки, лантанированный вольфрам ВЛ-2 и ВЛ-10 или итрированный вольфрам СВИ-1, поставляемые по ГОСТ 23949-89.
...
В качестве защитных газов может применяться аргон высшего и первого состава (ГОСТ 10157-79) или гелий марок А, Б или В (ГОСТ 20461-75). Возможно использование смесей (например, 75% Аг + 25% Не). Это улучшает формирование швов, а добавка до 1% кислорода повышает устойчивость горения дуги на переменном токе и уменьша­ет опасность появления пористости в шве.
...
При сварке в таком активном защитном газе как углекислый, пред­ставляющем собой сильный окислитель, в проволоку, кроме легиру­ющих элементов, обязательно вводят раскислители (кремний, мар­ганец, титан). Примерами таких проволок служат Св-08Г2С, Св-08ГСМТ, Св-08ХГСМА, Св-08ХГСМФА и др.
...
Для сварки высокопрочных среднелегированных сталей часто (особенно при сварке в смеси газов) используют низкоуглеродис­тые легированные и аустенитные высоколегированные проволоки (например, Св-10ХГСН2МТ, Св-ОЗХГНЗМД, Св-08Х20Н9Г7Т, Св-10Х16Н25-АМ6, Св-Х21Н10Г6).
...
няется более мягкой проволокой. При этом не требуется развитого усиления шва для компенсации меньшей прочности, так как равно-прочность соединения обеспечивается за счет контактного упрочне­ния мягкой прослойки, степень которого зависит от разности проч­ности основного металла и металла шва, а также от геометрических параметров мягкой прослойки X = —• Относительно небольшие раз­меры щели обеспечивают провар обеих кромок при выполнении каж­дого прохода (иногда применяется поперечное колебание электрода или сварочной дуги за счет переменных электромагнитных полей).
...
С увеличением относительной толщины мягкой прослойки X уменьшается эффект контактного упрочнения металла шва. В облас­ти 0,1 < X <1 предел прочности для сварных соединений компактного сечения (сплошное сечение с отношением сторон, близким к едини­це) оказывается выше предела прочности металла мягкой прослойки:
...
подвергаться термообработке с целью восстановления механичес­ких свойств. К таким сталям относятся и теплоустойчивые стали, применяемые для изготовления корпусов атомных реакторов.
...
Система легирования Бе-Сг-С является весьма интересной и по­служила для создания целого семейства сталей различных структур­ных классов, помимо высокой прочности обладающих весьма значи­тельной коррозионной стойкостью. Это тем более ценное свойство, что достигается оно за счет легирования стали дешевым и малодефи­цитным хромом. Высокая коррозионная стойкость хромистых ста­лей объясняется окисной пленкой, приводящей к пассивации ее по­верхности. В зависимости от содержания хрома коррозионная стойкость стали сохраняется до температур 600...800 °С, а с увеличе­нием его содержания обеспечивается окалиностойкость при высоких температурах (800...1100 °С).
...
Структура хромистых сталей может быть различна, что определя­ется процентным содержанием в них углерода и хрома. В зависимос­ти от развития структурных превращений хромистые стали подраз­деляются на 3 группы: с полным у -> а -превращением; с частичным у -» а -превращением; без превращения.
...
Стали первой группы имеют мартенситную структуру (20X13, 14Х17Н2 и др.), второй — мартенсито-ферритную структуру (12X13, 14Х12В2МФ) и третьей - ферритную (12X17, 08Х17Т). Сваривае­мость этих сталей тесно связана с их структурой. Наиболее затрудне­на сварка сталей М и М + Ф класса. Стали с мартенситной структу­рой при сварке в зоне и в шве (если химический состав шва подобен составу основного металла) закаливаются на мартенсит. Такие швы обладают низкой деформационной способностью, что на последней стадии охлаждения (при Т -100 °С) может привести к образованию холодных трещин.
...
Большая, чем в ЗТВ, крупнозернистость металла шва также спо­собствует образованию в нем холодных трещин; к интенсификации этого процесса приводит и увеличение жесткости закрепления при сварке. Для предотвращения образования холодных трещин обычно применяется подогрев и модифицирование металла шва.
...
При больших толщинах свариваемых деталей целесообразно приме­нять ЭШС. ГОСТ 15164-69 регламентирует основные типы и конст­руктивные элементы сварных соединений и швов, применяемые при ЭШС. Применяются флюсы марок АН-8 и АН-22. Марки проволоки связаны с требованиями, предъявляемыми к металлу шва. В зависи­мости от состава свариваемой стали это могут быть, например, Св-08ХГ2С, Св-08ГСМТ, Св-18ХМА, Св-10Х5М и др. Из этих же сталей могут быть изготовлены плавящиеся мундштуки и пластинча­тые электроды. При ЭШС подогрев часто не применяется с учетом высокого значения погонных энергий процесса.
...
В ряде случаев могут возникать горячие трещины в металле шва и холодные трещины (отколы) в металле ЗТВ (особенно в местах нача­ла шва и перерыва процесса). Регулируя режимы так, чтобы получить неглубокую и широкую ванну, удается избавиться от горячих тре­щин. Что касается холодных трещин, то опасность их появления при жестком закреплении кромок удается уменьшить, применив предва­рительный подогрев до 150...200 °С.
...
Опасным является рост зерна в ЗТВ, что вызвано достаточно дли­тельным пребыванием металла этой зоны при высоких температурах. Это ведет к падению ударной вязкости и возможности охрупчива-ния металла. Поэтому (особенно для сталей с повышенным содержа­нием углерода) сварные соединения после их выполнения должны
...
няется более мягкой проволокой. При этом не требуется развитого усиления шва для компенсации меньшей прочности, так как равно-прочность соединения обеспечивается за счет контактного упрочне­ния мягкой прослойки, степень которого зависит от разности проч­ности основного металла и металла шва, а также от геометрических параметров мягкой прослойки X = —• Относительно небольшие раз­меры щели обеспечивают провар обеих кромок при выполнении каж­дого прохода (иногда применяется поперечное колебание электрода или сварочной дуги за счет переменных электромагнитных полей).
...
Температура подогрева выбирается в зависимости от склоннос­ти стали к закалке и жесткости (толщины) свариваемых элементов изделия. Практически температура подогрева колеблется в интер­вале 100...250 °С. Верхний предел сопутствующего подогрева огра­ничен из-за опасности появления синеломкости металла. Однако любая температура подогрева не предупреждает распад по мартен-ситному механизму; металл ЗТВ имеет достаточно высокую твер­дость и низкую ударную вязкость. Это связано с высокими скорос­тями охлаждения даже при наличии подогрева. Поэтому сварные соединения после их выполнения должны подвергаться термообра­ботке (высокому отпуску).
...
Наилучшими режимами термообработки являются или подсту-живание после сварки изделия примерно до 100 °С с выдержкой до двух часов (это необходимо для полного распада аустенита) с после­дующим нагревом до 700 °С и медленным охлаждением, или «отдых» после сварки в течение 10 ч, охлаждение до комнатной температуры с последующим высоким отпуском. Для обеспечения равнопрочности соединения отпуск после сварки рекомендуется давать при темпера­туре примерно на 20 °С ниже температуры отпуска стальных загото­вок до сварки.
...
Для сварки конструкций из М и М + Ф сталей применяют почти все разновидности сварки плавлением. Особое распространение по­лучили ручная сварка покрытым электродом, автоматическая сварка под флюсом и сварка в защитных газах.
...
Наиболее часто для этих способов сварочные материалы (элект­роды, электродную и присадочные проволоки) выбирают с таким расчетом, чтобы получить металл того же химического состава, что и основной. В этом случае после последующей термообработки удает­ся получить свойства сварного соединения, наиболее близкие к свой­ствам исходного металла. Если нет условий для такого усложнения технологии (сопутствующего подогрева и последующей термообра­ботки), то следует изменить подход и выбрать сварочные материалы, обеспечивающие аустенитную или аустенитно-ферритную структу­ру металла шва. В этом случае отпадает необходимость в последую­щей термообработке, так как деформационная способность металла шва повышается.
...
Основной особенностью свариваемости хромистых сталей фер-ритного класса является их повышенная склонность к росту зерна в ЗТВ и шве (если последний аналогичен по своему химическому со­ставу основному металлу). Для ослабления этого процесса рекомен­дуется применение способов сварки с сосредоточенными источника­ми тепла с ограничением погонной энергии.
...
При применении сварочных материалов, дающих в шве А или А+Ф структуру, необходимо учитывать разбавление металла шва рас­плавленным основным металлом с целью сохранения в шве структу­ры желаемого типа.
...
образованию горячих трещин. Для уменьшения этой опаснос­ти рекомендуется применение всех способов, приводящих к измельчению структуры: модифицирование металла титаном и ниобием, применение физических способов (введение виб­рации, ультразвука, электромагнитное перемешивание), а так­же введение в шов элементов ферритизаторов, приводящих к получению в шве островков б-феррита. Следует также избе­гать режимов сварки, приводящих к узкой и глубокой форме провара. Актуальным, особенно в глубокоаустенитных швах, является уменьшение содержания таких примесей как фосфор и сера, образующих легкоплавкие эвтектики. 3. Диффузионные процессы (особенно для жаропрочных сталей), происходящие в сварных соединениях при высоких температу­рах их эксплуатации. Так, термическое старение в диапазоне температур 350...500 °С вызывает появление «475-градусной хрупкости».
...
При температурах 500...650 °С наблюдается выпадение карбидов и образование а-фазы, происходит выпадение интерметаллидов. Все эти процессы теплового старения приводят к охрупчиванию металла при низких температурах и снижению прочности при высоких. Эф­фективной мерой, предотвращающей вредное действие теплового старения, является уменьшение содержания углерода как в основном металле, так и металле шва.
...
Технология сварки сталей этого класса должна строиться с учетом как указанных особенностей, так и их теплофизических свойств. Пос­ледние характеризуются низкими значениями коэффициента тепло­проводности и высокими значениями коэффициента линейного рас­ширения. Отсюда вытекает (при прочих равных условиях по сравнению с перлитными сталями) увеличение глубины проплавления. Для умень­шения деформаций наилучшими способами и режимами сварки бу­дут те, которые характеризуются максимальной концентрацией тепло­вой энергии.
...
Технологические способы борьбы с образованием трещин предус­матривают изыскание конструктивных форм сварных соединений и режимов сварки, снижающих темп нарастания деформаций в про­цессе остывания соединения. Важной является форма проплавления, которая не должна быть глубокой при малой ширине (опасность по­явления горячих трещин по плоскости спайности кристаллитов в сва­рочной ванне при кристаллизации).
...
При ручной сварке плавящимся покрытым электродом основной трудностью является стабильное обеспечение требуемого химичес­кого состава шва в зависимости от его пространственного положения при различных типах сварного соединения с учетом изменения коли­чества наплавленного металла и глубины проплавления основного. Это достигается в основном за счет корректировки состава покрытия (по содержанию в шве необходимого количества феррита).
...
Тип покрытия — основной (например, фтористокальциевое), ток постоянный обратной полярности. Швы рекомендуется выпол­нять на малых токах при минимальном диаметре электрода (во из­бежание появления горячих трещин). При сварке наиболее рас­пространенных коррозионностойких сталей марок 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т и т. д. рекомендуется при­менять электроды типа Э-04Х20Н9, Э-07Х20Н9, Э-08Х19Н10Г2Б марки ЦЛ-11 и др.
...
При сварке ответственных конструкций следует применять меры, предотвращающие попадание капель расплавленного металла на по­верхность основного металла во избежание микротермических уда­ров, способных при эксплуатации вызвать коррозионное растрески­вание под напряжением в этих районах.
...
Автоматическая сварка под флюсом широко распространена для изготовления конструкций из элементов в толщинах 4,0...60,0 мм. При этом процесс обеспечивает высокая стабильность химического со­става шва по длине с одновременной хорошей защитой шва и его фор­мированием. Ток постоянный, полярность - в зависимости от марки применяемых флюсов. Режимы по току невелики (по сравнению с перлитными сталями). Легирование шва производят через флюс или через проволоку. Флюсы безокислительные или малоокислительные (низкокремнистые фторидные или высокоосновные безфтористые). Широко применяются марки АН-26, 48-ОФ-10 и АНФ-14. В зави­симости от марки свариваемой стали выбирается система флюс-про­волока (например, для стали 20Х23Н8 проволока Св-13Х25Н18, флюс АНФ-5).
...
При сварке в защитных газах используют как активные газы (С02), так и инертные (аргон, гелий) либо их смеси. Здесь (особенно при применении смесей) появляется возможность широко регулировать форму проплавления, повышать стабильность горения дуги и умень­шать угар легирующих элементов. При сварке в инертных газах воз­можно применение как неплавящегося (вольфрамового), так и пла­вящегося электрода. Первый применяют для сварки металла небольших толщин либо для обеспечения качественного проплавле-
...
ния корня шва. Вольфрамовый электрод применяют в сочетании с аргоном высшего или первого сорта для выполнения соединений в толщинах до 12,0 мм (что не исключает применения способа и для сварки больших толщин).
...
Сварка ведется на постоянном токе прямой полярности во всех пространственных положениях непрерывной или импульсной дугой. Последний способ при отличном формировании шва на малых тол­щинах позволяет уменьшить деформации и ширину ЗТВ, получить дезориентированную структуру первичной кристаллизации шва, уменьшая этим опасность возникновения горячих трещин. При свар­ке плавящимся электродом можно регулировать состав наплавлен­ного металла за счет изменения состава защитной атмосферы.
...
Сварку плавящимся электродом выполняют как в инертных, так и в активных газах или их смесях. В зависимости от плотности тока и диаметра электродной проволоки перенос металла в дуге может быть капельный и струйный (последний представляется бо­лее предпочтительным — при нем практически исключается раз­брызгивание).
...
Струйный перенос кроме критического тока связан с составом газовой атмосферы. Так, добавка 3...5% кислорода уменьшает вели­чину критического тока и (за счет окисления) уменьшает пористость, вызванную водородом. Последнее достигается смесью 85...80% Аг + + 15...20% С02. Эта смесь дешевле чистого аргона, однако, здесь суще­ствует опасность выгорания легирующих элементов из наплавляемо­го металла. Этот же процесс сопутствует сварке в чистом С02, как и определенное науглераживание наплавленного металла.
...
Сила тока при сварке вольфрамовым электродом выбирается в зависимости от его диаметра, а при сварке плавящимся электродом — в зависимости от диаметра электродной проволоки и толщины сва­риваемых элементов. Так, для толщины 4,0 мм встык без разделки кромок сварка ведется в один проход б/з = 1,0...1,6 мм; 7 = = 160...280 А; расход аргона ф = 6...8 л/мин, а сварка толщины 8,0 мм с У-образной разделкой — в два прохода проволокой а*э = 1,6...2,0 мм при силе тока / в = 240...340 А, при расходе <р =12...15 л/мин.
...
отдельных ее элементов различных материалов, свойства которых могут значительно отличаться друг от друга. Сочетания материалов могут быть весьма разнообразны. Чаще всего возникает необходи­мость сварки разнородных сталей. Здесь можно выделить два весьма характерных случая: свариваются стали одного структурного класса, но разного легирования и свариваются стали различных структур­ных классов (сварка сталей перлитного класса с высокохромистыми сталями мартенситного, мартенсито-ферритного или ферритного класса; сварка сталей перлитного класса с аустенитными хромонике-левыми сталями).
...
Сварка сталей одного структурного класса. Здесь технологию сварки выбирают по свойствам более легированной стали (в том числе и температуру подогрева в случае его необходимости). При­мер: при сварке стали 20 со сталями 15ХМ, 12МХ, 20ХМЛ, ЗОХМА при ручной сварке выбирают электроды типа Э42А-Ф, при сварке под флюсом — проволоку Св-08А. После сварки изделия либо не подлежат термообработке (при малом содержании углерода в бо­лее легированной стали), либо назначается термообработка 630...650 °С.
...
Если свариваются разнородные аустенитные стали, то необходи­мо, в зависимости от запаса аустенитности, выбирать сварочные ма­териалы, обеспечивающие предотвращение горячих трещин в метал­ле шва. При этом структура шва должна быть аустенитно-ферритной с нормированным содержанием феррита. Однако, если свариваются стали с большим запасом аустенитности, то шов должен иметь аусте-нитную или аустенитно-карбидную структуру с легирующими эле­ментами, повышающими сопротивляемость металла к образованию горячих трещин (например, ниобием). Пример: сварка стали 12Х18Н10Т со сталью 08Х17Н16М2Т. При ручной сварке могут быть применены электроды ЭА-1 или ЭА-1Б, при сварке под флюсом — проволока марки Св-04Х19Н9 или Св-05Х19Н9ФЗС2 (флюсы ос­новные).
...
Если есть необходимость снять остаточные сварочные напряже­ния после сварки, то назначают термообработку (стабилизацию при 500...850 °С)
...
Сварка сталей различных структурных классов. Если сварива­ются перлитные стали с 12%-ми хромистыми сталями, то выбира­ются сварочные материалы перлитного класса, ибо они обеспечива­ют максимальную пластичность металла шва; при этом металл шва должен легироваться карбидообразующими элементами.
...
Очень часто по разнообразным причинам в современной промышлен­ности применяют комбинированные конструкции с использованием для
...
Температура подогрева берется по более легированной (хромис­той) стали (так же, как и режим последующей термообработки). Если хром в стали находится в пределах 17...28%, то перлитные электроды не применяются из-за чрезмерного падения пластичности металла шва; здесь более целесообразно использовать материалы ферритно-аустенитного класса, иногда рекомендуются и электроды аустенит-ного класса (без последующей термообработки).
...
Сварка перлитных сталей с аустенитными ведется всегда аусте-нитными электродами (с учетом максимальной доли участия пер­литной составляющей в шве с аустенитной структурой). Для при­близительной оценки структурных составляющих в металле шва в зависимости от его химического состава стали и присадочного ме­талла можно пользоваться диаграммой Шеффлера. Соединения из перлитной и аустенитной стали термической обработке, как прави­ло, не подвергают. Это связано с тем, что режимы термообработки различны для перлитных и аустенитных сталей (что хорошо для од­ной, то может быть плохо для другой). Кроме этого, различие в коэф­фициентах линейного расширения у этих сталей при термообработке может вызвать не снятие остаточных сварочных напряжений, а их неблагоприятное распределение, что при сварке больших толщин может вызвать хрупкие разрушения.
...
Сварка разнородных металлов между собой. Принято считать, что хорошо свариваются между собой металлы, обладающие неограни­ченной взаимной растворимостью в твердом и жидком состоянии (при этом различие атомных диаметров элементов этих металлов не должно превышать 15%). Таких пар не очень много. Примерами мо­гут служить Ni-Cu, Ti-Zn, Ti-Nb, Ti-Ta и др. Остальные металлы об­разуют ограниченный ряд твердых растворов, эвтектики и химичес­кие соединения, снижающие механические свойства сварного соединения, что делает пары таких металлов трудно либо вовсе не-свариваемыми.
...
При образовании химических соединений шов характеризуется высокой твердостью, изменяется плотность, коэффициент теплового расширения и температура плавления. На пределы растворимости одного металла в другом, как и на свойства химических соединений, оказывают влияние легирующие элементы и примеси, что сказыва­ется также на свариваемости.
...
Классическим примером пар разнородных металлов, образующих химические соединения при ограниченной растворимости, являют­ся пары Ti-Fe и Al-Fe. Для таких пар получение качественного свар-
...
ного соединения методами сварки плавлением является сложной про­блемой (особенно если учесть характерную для этих металлов высо­кую химическую активность). Для таких металлов как ниобий, ти­тан, молибден, тантал, вольфрам взаимодействие с кислородом, азотом и углеродом приводит к опасности охрупчивания сварного соединения.
...
Способов соединения сваркой таких пар несколько. Так, для пары Al-Fe применяют расплавление более легкоплавкого металла (Al) с покрытием, нанесенным на слой более тугоплавкого металла. Металл покрытия должен либо повышать предел взаимной растворимости соединяемых металлов, либо способствовать торможению диффу­зионных процессов на границе контакта металлов или повышать пре­делы взаимной растворимости элементов, влияющих на образова­ние химических соединений. В этом случае на поверхность стали в районе сварки методом гальванизации наносят слой цинка s
...
Для соединения между собой крупных конструкций из разных металлов (например, стенок надстройки из алюминиевого сплава со стальной палубой корпуса) разработан биметалл сталь-алюминий, получаемый методом прокатки или сварки взрывом (рис. 8.7).
...
При сварке плавлением пар металлов с разной температурой плав­ления (например, при сварке ниобия со сталью) иногда применяют следующий прием. Дугу (или электронный луч) смещают в сторону более легкоплавкого металла, и сварка осуществляется практически в твердожидком состоянии. Режим и технологию сварки в этом слу­чае подбираются весьма точно — должна строго соблюдаться темпе­ратура нагрева подложки (металла нерасплавляемого) и время кон­такта жидкого металла с твердым (во избежание образования интерметаллических соединений).
...
Если же металлы образуют ряд непрерывных твердых растворов, но имеют существенное различие в теплофизических свойствах (ТЛ-ЫЬ, ЫЬ-Мо), а элементы соединяемых металлов имеют ограни­ченную растворимость, то возможна их непосредственная сварка ме­тодом плавления со строгой регламентацией концентрации элемен­тов в расплаве (это достигается смещением электрода с линии стыка и другими способами).
...
Сварка титана со сталью возможна способом плавления через ва­надиевую вставку (ванадий образует твердые растворы и с железом и с титаном) либо с применением биметаллических вставок Т1-Ре.
...
Свариваемость любых металлов и сплавов, прежде всего, непосредст­венно зависит от их физико-химических свойств. Поэтому при разра­ботке оптимальных технологий сварки конструкций различными спо­собами их следует учитывать в первую очередь. В судостроении наибольшее применение находят такие цветные и химически активные металлы как медь, алюминий, титан и их сплавы (табл. 9.1).
...
При сварке плавлением пар металлов с разной температурой плав­ления (например, при сварке ниобия со сталью) иногда применяют следующий прием. Дугу (или электронный луч) смещают в сторону более легкоплавкого металла, и сварка осуществляется практически в твердожидком состоянии. Режим и технологию сварки в этом слу­чае подбираются весьма точно — должна строго соблюдаться темпе­ратура нагрева подложки (металла нерасплавляемого) и время кон­такта жидкого металла с твердым (во избежание образования интерметаллических соединений).
...
изделиях, работающих в условиях глубокого холода. В судостроении применяется для различного рода трубопроводов (в том числе для тру­бопроводов забортной воды).
...
Алюминий - легкий, хорошо тепло- и электропроводный металл, об­ладает высокими пластическими свойствами, слабомагнитен. Обла­дая высокой химической активностью, легко образует окисную пленку, плотно сцепленную с поверхностью металла. Благодаря защитному дей­ствию окисной пленки металл обладает высокой коррозионной стой­костью в атмосферных условиях и средах, которые эту пленку не разру­шают (в том числе в морской воде).
...
Чистый алюминий применяется в электропромышленности, а его более прочные сплавы - в разнообразных авиа- и космических конст­рукциях, в автомобильной, строительной промышленности. В судостро­ении - для изготовления надстроек, корпусов судов с динамическими способами поддержания, катеров и яхт.
...
Титан - химически активный металл при высокой температуре (осо­бенно в расплавленном состоянии), хотя при комнатной температуре весьма устойчив против окисления. Теплопроводность у него меньше, чем у меди и алюминия, а удельное электросопротивление больше, не­магнитен, обладает весьма высокой коррозионной стойкостью во мно­гих средах (в том числе в морской воде), что объясняется образованием на его поверхности плотной защитной окисной пленки.
...
Чистый титан весьма пластичен при относительно невысокой проч­ности. Имеет две модификации (аир). При легировании такими эле­ментами как алюминий, ванадий, марганец, цирконий, железо, олово и др. прочность сплавов может достигать весьма высоких значений. Ши­рокое применение имеют а-сплавы титана, которые наряду с высокой прочностью хорошо поддаются всем видам технологической обработ­ки. Из многих марок титановых сплавов изготовляются листы, профиль­ный прокат, прутки, полосы, трубы, проволока, фольга и пр.
...
Находит широкое применение в химическом машиностроении, авиа-, ракето-, приборостроении, металлургической и пищевой промышлен­ности. В судостроении применяется для изготовления трубопроводов, теплообменных аппаратов. Имеются случаи применения сплавов тита­на в качестве конструкционного корпусного материала (корпус подвод­ной лодки «Комсомолец»).
...
Для всех рассматриваемых металлов и сплавов можно выделить сле­дующие особенности, осложняющие в той или иной мере их сваривае­мость.
...
легкой окисляемости в твердом и расплавленном состоянии об­разуется тугоплавкая (-2050 °С) пленка окиси А12Ог Она пре­пятствует плавлению, ухудшает формирование шва и засоря­ет его окисными неметаллическими включениями. При сварке титана и его сплавов в твердом нагретом и расплавлен­ном состоянии проявляется его чрезвычайно высокая химическая ак­тивность, приводящая к растворению в жидком титане кислорода, азо­та и водорода с неизбежной потерей пластичности и охрупчиванию металла шва до недопустимых величин. С учетом возможности появле­ния холодных трещин, указанные обстоятельства предъявляют к тех­нологии сварки особые требования по защите алюминия от появления пленки А1203 при сварке и особо тщательной защите зоны сварки и при­легающих к ней нагретых поверхностей металла от проникновения атмосферных газов для титана.
...
Следует также отметить, что высокая растворимость в жидких ме­таллах (особенно алюминии) таких газов как водород приводит к обра­зованию в металле шва газовой пористости.
...
Уже отмеченная выше высокая теплопроводность меди (почти в б раз больше, чем у стали) требует применения источников с большой тепловой мощностью и повышенную погонную энергию. Высокие ско­рости охлаждения металла шва и околошовной зоны приводят к быст­рой кристаллизации, что затрудняет полноту протекания металлурги­ческих реакций и ухудшает формирование шва. Улучшить положение может предварительный и сопутствующий подогрев, рекомендуемый при сварке толщин более 10,0 мм.
...
Серьезной трудностью является высокая склонность металла шва к образованию горячих трещин. Она связана с большой величиной усад­ки при кристаллизации и высоким значением коэффициента теплово­го расширения, а также наличием легкоплавких эвтектик. Эвтектики эти образуются примесями, присутствующими в меди (кислород, сви­нец, висмут, сурьма, сера). Например, свинец образует окислы (РЬО-РЬ02-РЬ03) и дает эвтектики с температурой плавления 326 °С. Отсю­да, для улучшения свариваемости существует стремление к уменьшению содержания этих примесей в меди. Так, для ответственных сварных кон­струкций массовая доля вредных примесей в меди составляет: 02 - до 0,01; В1 - до 0,002; РЬ - 0,005. В некоторых особых случаях для свар­ных конструкций рекомендуется уменьшение в металле массовой доли кислорода до 0,003.
...
Кислород ведет также к образованию закиси меди Си20, которая при взаимодействии с водородом восстанавливается до меди с образовани­ем паров воды. Эти пары, накапливаясь в микродефектах металла, со­здают в нем давление, которое приводит к образованию микротрещин, в интервале хрупкости меди при температурах 300...350 °С. Это явле­ние называют «водородной болезнью» меди.
...
Атомарный водород хорошо растворяется в жидкой меди, причем растворимость растет с увеличением температуры (рис. 9.1). Скачок растворимости при переходе является предпосылкой к образованию газовой пористости в металле шва, так как при высоких скоростях кри­сталлизации, присущих меди, времени для полного удаления газов, ра­створенных в жидком металле, оказывается недостаточно. Здесь опре­деленную помощь может оказать подогрев, увеличивающий время нахождения сварочной ванны в жидком состоянии. Что касается азота, то он в меди не растворяется совершенно и не образует с ней химичес­ких соединений, являясь по отношению к ней инертным, и может при­меняться при сварке меди в качестве защитного газа. Азот в ряде случа­ев является газом даже более предпочтительным, так как позволяет
...
При многопроходной сварке применяют электроды диаметром 6,0...8,0 мм при сварочном токе до 500 А. При сварке толщин более 10,0 мм рекомендуется предварительный подогрев до 200...300 °С, при толщинах выше 20,0 мм - до 750...800 °С. При сварке стыковых соеди­нений используют стальные, медные или асбестовые подкладки.
...
Электроды для сварки меди могут иметь как медный стержень, так и бронзовый (наиболее распространена бронза БрКМцЗ-1) и специаль­ное покрытие, из которого металл шва может подлегироваться кремни­ем, марганцем и железом. Наиболее распространенные марки электро­дов «Комсомолец-100» ЗТ и АНЦ-1. При сварке первыми сварное соединение имеет прочность 180...200 МПа, а угол загиба 150... 180°.
...
Сварка латуней затруднена тем, что цинк, входящий вторым элемен­том в двухкомпонентную латунь, обладает низкой температурой кипе­ния (907 °С), близкой к температуре плавления самого сплава (900... 1000 °С). Пары и окись цинка имеют высокую токсичность, обра­зуемая пылевидная смесь окиси цинка затрудняет видимость в районе сварки; испарение цинка приводит к образованию пор в металле шва.
...
Известен ряд марок электродов для сварки латуни (в основном они используются для заварки дефектов). Так, для заварки дефектов в греб­ных винтах рекомендуются электроды марок АСЗ-6 и ЭМЗ-2. При боль­шой массе отливок требуется предварительный подогрев до 250...300 °С.
...
Технология сварки безоловянистых бронз стремится выбрать такой термический режим, который давал бы узкую зону нагрева. Это связа­но с провалом прочности в районе 400 °С у этих сплавов, что при рез­ком изменении температур чревато образованием трещин в ЗТВ и ме­талле шва. Для разрядки напряжений при многослойной сварке рекомендуется проковка каждого прохода, кроме первого, при темпе­ратуре не выше 200 °С.
...
Алюминистые бронзы из-за повышенной теплопроводности требу­ют обязательного подогрева при толщине свариваемых элементов бо­лее 16,0 мм.
...
Известны электроды марки АБ-2, применяемые для сварки трубопро­водов и литья из бронз Бр.АЖ9-4, Бр.АЖМц-10-3-1,5 и др. Что касается сварки оловянистых бронз, то их свариваемость зависит от содержания олова и ухудшается с его увеличением в сплаве (появляется опасность об­разования трещин в ЗТВ). При ручной сварке могут применяться элект­роды марок Бр.1/ЛИИВТ, Бр.З/ЛИИВТ, предназначенные для сварки облицовочных втулок гребных судовых валов из бронзы Бр.010Ц2 и за­варки дефектов литья из бронзы Бр.ОЦ4-3.
...
При автоматической сварке под флюсом могут использоваться спе­циальные керамические флюсы типа ЖМ-1. Для меди средних толщин
...
(4,0... 10,0 мм) удовлетворительные результаты получаются при исполь­зовании стандартных плавленых флюсов ОСЦ-45, АН-348А, АН-20С. Для больших толщин рекомендуется использование специальных флюсов (АНМ-13). В качестве электродной проволоки применяется бес­кислородная медь марки МБ или техническая медь марки М1 (массо­вая доля кислорода лишь 0,01).
...
В зависимости от технических требований (увеличение прочности) в качестве электродной проволоки для сварки меди и бронзы можно применять проволоки марок Бр.КМцЗ-1; Бр.ХТ0,6-0,5; Бр.Х07 и др. Сварка ведется на постоянном токе обратной полярности. Кромки до толщины 25 мм не разделывают (режим выбирают для диаметра элект­рода 4,0...5,0 мм).
...
При сварке латуней используют бронзовые проволоки (Бр.КМцЗ-1 и др.) и флюсы (АН-20, ФЦ-10, МАТИ-53). Рекомендуется сварка на ко­роткой дуге во избежание выгорания цинка. Этот способ применим и для сварки бронз. Железистые и марганцевистые бронзы хорошо сваривают­ся под флюсом АН-20 проволокой Бр.АМц9-2. Ток постоянный, поляр­ность обратная.
...
Область применения вольфрамовых электродов ограничивается тол­щинами 4,0...6,0 мм (в аргоне) и 6,0...8,0 мм (в азоте и гелии); для этих толщин предварительный подогрев не требуется. Применение плавя­щегося электрода расширяет диапазон свариваемых толщин (6,0...8,0 мм для аргона и 10,0... 12,0 мм для азота и гелия).
...
Для сварки неплавящимся электродом в качестве присадки может применяться как чистая раскисленная медь, так и бронзы и медно-ни-келевые сплавы. При применении азота следует учитывать большую (чем при гелии и аргоне) склонность сварных швов к порообразованию, что связано с понижением жидкотекучести металла сварочной ванны. Область режимов при ручной сварке неплавящимся электродом хоро­шо иллюстрируется схемой (рис. 9.3).
...
Для сварки плавящимся электродом применяется постоянный ток обратной полярности. Этот процесс обеспечивает повышение про­изводительности в 2-3 раза (по сравнению с вольфрамовым элект­родом), однако получение качественных швов требует тщательного подбора режимов для каждого диаметра электродной проволоки во избежание нарушения стабильности процесса и образования газовой пористости.
...
Достаточно эффективно применение сварки неплавящимся и пла­вящимся электродом для изготовления конструкций из латуни и брон­зы. Для латуни при сварке плавящимся электродом наряду с бронзовы­ми проволоками часто используется проволока из сплава Бр.КМцЗ-1. Применение гелия при сварке бронз за счет более «горячей» дуги по­зволяет вести процесс без предварительного подогрева.
...
Считается перспективным применение плазменной сварки из-за воз­можности высоких тепловложений и сварки стыковых соединений боль­ших толщин без разделки кромок. Так, возможна односторонняя свар­ка толщин 50...60 мм. Используются плазмотроны прямого действия, плазмообразующий газ: смесь аргона с гелием (до 85% последнего). В качестве присадочной проволоки рекомендуется применение порош­ковой проволоки ПП.Бр.ХТ12-2, что позволяет хорошо раскислить и делегировать металл шва, уменьшив тем самым склонность его к обра­зованию горячих трещин. В ряде отраслей промышленности применя­ется электронно-лучевая и электрошлаковая сварка элементов конст­рукций большой толщины из меди и ее сплавов.
...
По содержанию в земной коре алюминий является самым распрост­раненным металлом. Массовая доля его составляет около 8,8, превышая содержание железа примерно в 1,7 раза. Применение алюминия и осо­бенно его сплавов весьма распространено в современной промышленно­сти. Алюминий имеет специфические теплофизические свойства: он об­ладает высокой теплоемкостью, теплопроводностью и скрытой теплотой плавления при относительно низкой (-680 °С) температуре плавления. Он немагнитен, обладает высокой электрической проводимостью и в чи­стом виде весьма пластичен при относительно низкой прочности и ма­лой плотности (2,7 г/см■'*).
...
9.3. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
...
электротехнической промышленности (провода, шинопроводы и т. д.), иногда - пищевой и химической промышленности, где используется высокая коррозионная стойкость металла в различных средах. Как кон­струкционный материал применяются сплавы алюминия, которые можно подразделить на литейные и деформируемые.
...
В зависимости от системы легирования эти сплавы могут быть от­несены к сплавам, не упрочняемым термообработкой (алюминиево-мар-ганцевые сплавы типа АМц и алюминиево-магниевые сплавы АМгЗ, АМгб, АМг61), и термически упрочняемым сплавам нескольких групп (дюральалюмины системы А1-Си-\^-Мп типа Д16, Д19, ВАД1, ВД17, М40, Д18), авиали системы (A1-Mg-Si типа АВ), а также других систем легирования (АД31, АДЗЗ, АД35, АКб, АК8).
...
Сварка термически неупрочняемых сплавов особых трудностей не вызывает, прочность сварного соединения составляет -0,95 от прочно­сти основного металла. Современные сплавы системы Al-Mg 1561 и 1575 имеют предел текучести соответственно 180...200 и 300 МПа. Полуфаб­рикаты из этих сплавов поставляются в виде листов, профилей и пане­лей. Их высокая прочность при малом удельном весе сплава по сравне­нию со сталями позволяет снизить массу конструкции в 1,25-1,5 раза при хорошей коррозионной стойкости в морской воде.
...
Термоупрочняемые сплавы имеют прочность значительно более высокую, нежели сплавы первой группы. Конкретные значения проч­ности определяются системой легирования и типом термообработки. Так, для сплава Д20 после закалки и старения прочность он достигает 430 МПа, а у сплавов марки В93 она еще выше. Сварка металла в термо-упрочненном состоянии приводит к его разупрочнению, что понижает прочность соединения на 30...35%. Последующая термообработка в принципе может почти полностью восстановить свойства соединения, но она технически трудновыполнима для габаритных конструкций. Сплавы этой группы имеют низкую коррозионную стойкость в морс­кой воде и в судостроении не применяются.
...
Термически неупрочняемые сплавы марок 1561 и 1575 имеют широ­кое применение в судостроении для надстроек крупногабаритных судов, корпусов судов с динамическими принципами поддержания, корпусов малых судов различных классов. Этому в немалой степени способствует высокая коррозионная стойкость сплавов этой группы в морской воде и туманах и их хорошая технологичность.
...
Причиной высокой коррозионной стойкости, как уже было сказано, служит пленка окислов А12Ог покрывающая поверхность металла и имеющая высокий электродный потенциал. С другой стороны, эта же пленка, имеющая температуру плавления, в три раза превышающую
...
Кислород растворяется в алюминии в ничтожно малых количе­ствах, но образует с ним устойчивый окисел А12Ог При повышении температуры до 700 °С эта пленка надежно защищает металл от даль­нейшего окисления. Благодаря высокому сродству алюминия к кис­лороду, пленка образуется на его поверхности уже при комнатной тем­пературе (аА1203). После расплавления металла на его поверхности образуется более плотная окисная пленка другой модификации (уА1203). С ростом температуры толщина пленки а А1203 увеличивает­ся при одновременном уменьшении ее плотности; пленка становится рыхлой, и ее защитная способность уменьшается. Оставаясь неразру­шенной на поверхности расплавленного металла, пленка препятству­ет его сплавлению, ухудшая формирование шва и засоряя металл шва окислами. При увеличении температуры во времени наблюдается рост толщины пленки. Так, при комнатной температуре толщина пленки составляет 0,001...0,0005 мкм, а с нагревом до температуры плавления она увеличивается до 0,2 мкм.
...
Рост толщины пленки наблюдается и при комнатной температуре во времени. За три месяца хранения на открытом воздухе толщина плен­ки достигает 710 3 мкм, увеличение срока хранения приводит к даль­нейшему росту толщины пленки.
...
Пленка аА1203 плотно сцеплена с поверхностью металла. Удаление ее сопряжено со значительными трудностями (особенно если учесть, что ее рост начинается сразу после зачистки). Поэтому наличие пленки является одним из серьезных затруднений при сварке алюминия и его сплавов. Удаление ее во время процесса сварки может производиться двумя путями.
...
Первый - металлургический. Восстановление алюминия из окислов практически невозможно из-за их химической прочности; не удается также связать А1203 в какое-либо прочное соединение. Поэтому действие флюсов для сварки алюминия основано на процессах растворения и смывания диспергированной окисной пленки расплавленным флюсом. Основу таких флюсов составляют смеси хлористых солей щелочных и щелочноземельных металлов с добавкой фтористых соединений. Эти же соединения входят в состав обмазки покрытых электродов.
...
Вторым путем является процесс так называемого катодного распыления. Он особенно характерен при сварке в инертных газах вольфрамовыми электродами. Этот процесс имеет место при сварке на постоянном токе обратной полярности, а на переменном токе - в те полупериоды, когда изделие является катодом. Сущность процесса
...
заключается в том, что, разогнавшись до больших скоростей в прика-тодной зоне дуги, положительно заряженные ионы из столба дуги уда­ряются о поверхность катода (зеркало ванны жидкого металла, покры­тое пленкой), разрушая пленку. Дроблению этой пленки, по всей вероятности, способствуют и электроны, имитируемые катодом под действием электрического поля дуги. При сварке катодной очистке подвергается и полоска основного металла в районе шва, включая за­зор между свариваемыми кромками. Размеры зоны катодной очистки зависят от силы тока и скорости сварки, и в общем случае по площади зона очистки больше площади ванны (особенно интенсивно этот про­цесс идет у пары \¥-А1). Кроме того, технология обязательно должна предусматривать предварительную (перед сваркой) зачистку кромок от окисной пленки либо путем травления (для мелких деталей), либо механической зачисткой проволочными щетками непосредственно перед сваркой.
...
Окисная пленка обладает еще одной особенностью, влияющей на свариваемость алюминия. Она способна адсорбировать газы (в основ­ном водяные пары, удерживаемые в ней вплоть до температуры плав­ления металла). Диссоциируя в дуге на кислород и водород, молекула воды приводит к насыщению жидкого металла водородом (рис. 9.4).
...
затвердевания металла, образуют пористость. Пузырек газа, возникший в расплавленном металле, может существовать лишь тогда, когда дав­ление внутри него равно давлению окружающей среды или больше этого давления.
...
Существует определенное соотношение между концентрацией ра­створенного в металле атомного водорода и давлением молекулярного водорода в пузырьке. Можно считать, что зарождение газовых пузырь­ков при небольшом пересыщении металла водородом носит гетероген­ный характер, т. е. происходит на частичках различных взвесей, не сма­чиваемых расплавом. Такие частички всегда присутствуют в металле сварочной ванны.
...
По результатам некоторых работ, следует считать, что превышение величины [Н] 0,7 см3/100 г уже приводит к образованию газовых пу­зырьков. Поэтому необходимо применять технологические меры, умень­шающие количество растворенного в жидком металле водорода. Вели­ко также влияние состояния поверхности основного металла и сварочной проволоки на количество водорода в металле сварочной ван­ны и пористость металла шва. Основной вклад в этот процесс вносит поверхность сварочной проволоки, поэтому способ ее подготовки име­ет большое значение.
...
Сварочная проволока подлежит либо травлению в растворе кис­лот, либо так называемому электрополированию. Последний способ дает наиболее ровную поверхность, что препятствует сорбции влаги на поверхности проволоки, уменьшению содержания водорода в ме­талле шва и, как следствие, уменьшению пористости при сварке. После электрополирования тонкая проволока для полуавтоматической свар­ки должна сразу быть намотана в стандартные кассеты рядовым спосо­бом; кассеты после намотки герметизируются во избежание нараста­ния окислов алюминия на поверхность проволоки из газов открытой атмосферы.
...
При сварке алюминиевых сплавов в сварных соединениях могут воз­никать как горячие, так и холодные трещины. Особо чистый алюминий (АВ000-АВ00) не склонен к образованию горячих трещин. Однако по мере увеличения содержания кремния в металле стойкость металла к образова­нию горячих трещин начинает уменьшаться. На эту характеристику ока­зывает влияние и содержание железа в сплаве.
...
Так, при содержании в металле Б1 не более 0,35% и при поддержа­нии соотношения Ре:51 > 0,5 горячие трещины не образуются. Чувстви­тельность сплавов к образованию горячих трещин при сварке зависит не только от содержания примесей, но и от системы легирования спла­ва. Так, при сварке тонких листов из сплава А1-Мп образование горя-
...
При охлаждении металла в момент кристаллизации растворимость водорода скачкообразно снижается, и водород стремится выделиться из металла. Образуются пузырьки газа, всплывающие в кристаллизую­щемся металле шва; те из них, которые не успевают всплыть до полного
...
чих трещин не наблюдается; с увеличением свариваемой толщины их образование начинает зависеть от соотношения Fe:Si. Сплавы систе­мы легирования Al-Mg мало склонны к образованию горячих трещин. Этому способствуют малые добавки титана, обладающего модифици­рующим действием. Сплавы системы Al-Si (при содержании Si в диа­пазоне 4... 12%) значительно снижают температуру срастания первич­ных дендритов при кристаллизации шва, что уменьшает возможность возникновения горячих трещин. Термически упрочняемые сплавы си­стемы Al-Mg-Si (марки АВ, АК6, АК8) обладают повышенной склон­ностью к образованию горячих трещин. Это объясняется наличием лег­коплавкой эвтектики Al-Mg-Mg2Si и двойных эвтектик Fe-Mg2Si и Al-Si, расширяющих температурный интервал твердожидкого состо­яния. Здесь целесообразно применять присадки с содержанием крем­ния 4...6%. Этой же цели служит легирование присадки и усложнение ее химического состав. Однако при этом увеличивается линейная усад­ка металла сварного шва, что наряду с расширением температурного интервала твердожидкого состояния способствует образованию тре­щин.
...
Весьма склонны к образованию горячих трещин в металле шва спла­вы систем Al-Cu-Mg-Mn и Al-Cu-Mg-Mn-Si. Повысить стойкость свар­ных соединений из этих сплавов помогают снижение содержания же­леза; добавки в сплав титана; применение присадок, увеличивающих, с одной стороны, количество легкоплавких эвтектик в металле шва (типа СвАК5), а с другой- содержание никеля, который связывает медь в ин-терметаллид, что сужает температурный интервал твердожидкого состояния.
...
В термически упрочняемых сплавах под влиянием термического цикла сварки происходят структурные превращения, что ухудшает проч­ностные и пластические характеристики металла и способствует появ­лению холодных трещин. При сварке отожженного сплава рядом с ли­нией сплавления из-за высоких скоростей охлаждения металл фиксируется в неравновесном состоянии, что приводит к его последу­ющему старению и упрочнению.
...
С целью уменьшения размеров опасных зон (Г= 550...600 °С) необхо­димо применять высококонцентрированные источники теплоты или вво­дить искусственное охлаждение свариваемого металла. Весьма перспек­тивен, с точки зрения свариваемости, сплав системы Al-Zn-Mg. Сплавы этой группы склонны к самозакаливанию и упрочнению при последую­щем старении. Их свойства в литом состоянии достаточно высоки, крис­таллизационные трещины отсутствуют.
...
Ручная сварка покрытыми электродами применяется в основном для малонагруженных конструкций из чистого алюминия и его термически неупрочняемых сплавов (АМц и АМг).
...
Электродное покрытие состоит из галогенидов (хлористых и фто­ристых солей, щелочных и щелочноземельных металлов) и криолита (марки ЭА-1, 03АС2, ВАМИ, МАТИ-1). Свариваемые толщины 6,0...20,0 мм (без разделки кромок). Для сварки металла толщиной бо­лее 20,0 мм выполняется разделка кромок (угол раскрытия 70...90°, при­тупление 3,0...5,0 мм, зазор 1,5...2,0 мм).
...
Сварка производится на постоянном токе обратной полярности. Для металла средних толщин она ведется с подогревом от 250 до 400 °С (в зависимости от толщины). Устойчивый процесс обеспечивается, если принимать силу тока не более 60 А на 1 мм диаметра электрода. Ввиду большой гигроскопичности покрытия прокалка электродов перед свар­кой обязательна. После сварки рекомендуется тщательная зачистка выполненного шва от шлака и окислов. Механические свойства шва считаются удовлетворительными.
...
При сварке по флюсу хорошее формирование шва достигается при строго ограниченной толщине флюсового слоя (сварка полуоткры­той дугой). Сварка производится на постоянном токе обратной поляр­ности одной или двумя дугами (расщепленным электродом), как пра­вило, на стальной удаляемой подкладке. Разделка кромок при свариваемых толщинах до 20 мм не производится.
...
При сварке под флюсом (или закрытой дугой) возможно еще боль­шее повышение силы тока и увеличение глубины проплавлення с обес­печением удовлетворительного формирования и качества металла шва.
...
И в том и в другом случае флюсы состоят из галогенидов и криоли­та. Такие флюсы практически не взаимодействуют с жидким металлом, удаляют окись алюминия и надежно защищают сварочную ванну от окисления. Прикалка флюса перед употреблением считается обязатель­ной.
...
Однако самыми распространенными в современной промышленно­сти способами сварки алюминиевых сплавов являются способы сварки в инертных газах. Сварка может выполняться как неплавящимся, так и плавящимся электродом. В качестве инертного газа применяют аргон первого сорта, гелий высокой чистоты или аргонно-гелиевую смесь.
...
ют без разделки кромок на стальной подкладке односторонней сваркой, при толщинах до 6,0 мм- двухсторонней, при дальнейшем увеличении толщины применяют V- или Х-образную разделку кромок.
...
Сварка ведется с подачей присадки в сварочную ванну (см. рис. 2.22), а зона сварки защищается потоком газа, истекающим из сопла горелки (так называемая «струйная» защита). При этом способе надежность га­зовой защиты зависит от формы и диаметра сопла горелки, а также от расстояния от среза сопла до свариваемого изделия, скорости попереч­ных сносящих потоков воздуха и т. д. Расход инертного газа подбирает­ся экспериментально в зависимости от выбранных параметров режима сварки. Слишком большой расход газа может привести к его турбулен­тному истечению и нарушению газовой защиты за счет подсоса воздуха в реакционную зону.
...
Сварка может производиться как на постоянном, так и на перемен­ном токе. На постоянном токе процесс возможен при катоде на изделии (обратная полярность). Однако в этом случае вольфрамовый электрод перегревается из-за большого количества теплоты, выделяемого в нем, что повышает расход электрода из-за возможного оплавления его кон­ца. Поэтому рационально питание дуги осуществлять переменным то­ком. Здесь в полупериоды, когда вольфрам является катодом, происхо­дит его охлаждение, а когда изделие является катодом, идет разрушение и удаление окисной пленки (катодное распыление).
...
Однако на переменном токе условия горения дуги в различных по­лупериодах отличаются друг от друга. В полупериод, когда вольфрам является катодом, возникает мощный процесс термоэмиссии, увеличи­вается проводимость дугового промежутка, что приводит к увеличению тока и снижению напряжения на дуге. Когда катодом становится изде­лие, то снижается проводимость дугового промежутка, возрастает на­пряжение дуги и уменьшается ток. Поэтому синусоида тока дуги ока­зывается несимметричной (рис. 9.5), что приводит к появлению в цепи постоянной составляющей. Ее образование связано с различием тепло-физических свойств электрода и изделия, что приводит к тому, что на­пряжение, необходимое для горения дуги в одном полупериоде, значи­тельно отличается от напряжения горения в другом полупериоде. Наличие такой постоянной составляющей за счет вентильного эффек­та дуги W-Al считается нежелательным из-за ухудшения формирова­ния сварного шва, и поэтому применяются меры к ее уничтожению или уменьшению.
...
Считается перспективным применение сварки на асимметричном переменном токе. В этом случае токи прямой и обратной полярности различаются (применяются специальные источники тока типа ОАРС).
...
Здесь в период обратной полярности идет катодная очистка, а в период прямой полярности действует импульс с увеличенной амплитудой, что приводит к увеличению проплавляющей способности дуги. Регулируя режим, можно уменьшить тепловое воздействие дуги на металл, что особенно важно при сварке термоу прочняемых сплавов, где желатель­но сузить ширину зоны разупрочнения. Сварка неплавящимся элект­родом характеризуется высокой устойчивостью горения дуги.
...
Применение импульсной дуги расширяет возможности применения способа (толщины от 0,2 мм и выше). При этом деформация (особенно при сварке малых толщин) снижается на 40...60%. Сварка больших тол­щин этим способом нецелесообразна из-за большого количества про­ходов и значительного снижения производительности.
...
Находят применение полуавтоматическая и автоматическая сварка. Параметры режима этих процессоо: диаметр вольфрамового электрода с1э [мм]; диаметр присадочной электродной проволоки с1п п [мм]; сила тока /в [А]; напряжение на дуге [7д [В]; скорость сварки гса [м/ч]; расход за­щитного газа () [л/мин]. Иногда указывается скорость подачи элект­родной присадочной проволоки г» п [м/мин]. В качестве вольфрамово­го электрода лучше применять итрированный вольфрам марки ВИ. Сила тока выбирается в зависимости от диаметра вольфрамового электрода: /в = (60...70)б/у Выбор конструктивных элементов разделки осуществ­ляется в соответствии с ГОСТ 23949-80. Непосредственно перед свар­кой кромки разделки и прилегающие к ним поверхности должны быть тщательно обработаны стальной щеткой (проволока из нержавеющей стали диаметром 0,2 мм во избежание появления глубоких царапин на обрабатываемых поверхностях).
...
Сварку металла больших толщин целесообраз.зно выполнять погру­женной дугой, так как при этом можно значительн но увеличить глубину проплавления. Так, при двухсторонней сварке без . разделки кромок тол­щина свариваемого металла может быть доведенаа до 75 мм. Этот про­цесс ведется в гелии на постоянном токе 1500 А, двдаметр вольфрамово­го электрода 15,0 мм, угол заточки его конца 90°, ддиаметр притупления 6,0 мм.
...
Способ плавящимся электродом целесообразен для элементов конструкций, начиная с толщин 4,0 мм. Ток постгтоянный, полярность обратная, источник тока должен иметь жесткую винешнюю характерис­тику- только в этом случае достигается надежное э разрушение окисной пленки на поверхности металла. Подвиды: сварка плолуавтоматическая и автоматическая,- ручная сварка в ее классическом и понимании здесь от­сутствует. Способы эти обеспечивают хорошее перемешивание метал­ла сварочной ванны, что способствует ее очищеникю от окислов и увели­чивает производительность.
...
Показатели механических свойств металла шв:ва (по сравнению со сваркой неплавящимся электродом) здесь нескожлько снижаются, что может объясняться перегревом капель металла в д
...
Для полуавтоматической сварки применяется прфоволока малых диа­метров (1,2...2,0 мм), при автоматической сварке -111,2...4,0 мм. Наиболь­шее распространение получила полуавтоматическая сварка как процесс более универсальный. Для качественного формирования шва необходим правильный выбор параметров режима сварки. Не ^которое представле­ние об этом дает график (рис. 9.6). Характер перенооса металла в дуге за­висит от правильного соотношения таких параметрров как сила тока и напряжение на дуге. Так, при достижении некоего в критического значе­ния силы тока (своего для каждого диаметра электгтродной проволоки) перенос приобретает мелкокапельный, так назывваемый «струйный» характер, что дает стабильное горение дуги и мишнимум разбрызгива­ния расплавляемой проволоки (1...2%). Конструктизивные элементы раз­личных типов сварных соединений предусмотреныы ГОСТ 14896-69.
...
Разделка кромок применяется, начиная с толщикин 10,0 мм, при этом часто рекомендуется выполнение соединения на удалишемой медной (или стальной) подкладке. Сварка ведется в чистом арпгоне или гелии (или их смесях). Режим сварки для наиболее распространенных сварных со­единений приведен в табл. 9.2. Параметры, обеспечи ивающие надежную защиту при нужной чистоте газа, очень важны. Так, „ расход газа должен быть оптимален. Малый расход уменьшает устойчивость горения дуги, увеличивает интенсивность окисления и разбрызшгивания, ухудшает
...
формирование шва и ведет к появлению на его поверхности черного налета. Большое значение имеют расстояния от среза газового сопла до изделия и от токоведущего мундштука до среза сопла (рис. 9.7). При их увеличении ослабляется газовая защита (при постоянном расходе газа через сопло) и перегревается электродная проволока, а при уменьше­нии появляется опасность быстрого засорения сопла брызгами метал­ла и подплавления торца токоведущего мундштука.
...
Рис. 9.6. К выбору параметров режима сварки алюминиевых сплавов плавящимся электродом вереде инертных газов:
...
А - область коротких замыканий; Ь - область сварки коро. ^^'^^^^^ В - область крупнокапельного переноса; Г - область струииот ;оса (наиболее предпочтительна); Д
...
Значительное увеличение производительности процесса достигает­ся при использовании импульсно-дуговой сварки. Здесь ощутимо уменьшается нижний предел сварочного тока, благодаря этому расши­ряются диапазоны рабочих токов с направленным «капельным» пере­носом металла. Также улучшается стабильность процесса горения дуги и качество формирования шва (возможна сварка в различных простран­ственных положениях), уменьшается пористость металла шва и снижа­ются деформации при сварке тонколистовых конструкций.
...
Существенное значение для прочности сварных соединений и их со­противляемости образованию горячих трещин имеет выбор состава электродной проволоки. В этом смысле полезно введение в ее состав модификаторов (цирконий, титан, бор).
...
Титан является ярко выраженным химически активным металлом. Из основных физических свойств чистого титана следует отметить низкую плотность (4,5 г/см:}) и теплопроводность (15,1 Вт/мК), от­носительно низкую прочность (ан=245...345 МПа), высокую пластич­ность (5=30...50%); модуль нормальной упругости Е,
...
Сплавы а-группы получают легированием чистого титана элемен­тами, повышающими стабильность а-фазы (к ним относятся алюминий и олово). Сплавы р
...
2...6% Ог Увеличение содержания кислорода в металле до 1% пе­реводит его в совершенно хрупкое состояние; при охлаждении он самопроизвольно растрескивается. Кроме этого, металл будет продолжать окисляться в процессе охлаждения в твердом виде и будет покрываться хрупкой пленкой окислов. Поэтому одной из основных задач при сварке титана является организация надеж­ной защиты нагретых и расплавленных зон от проникновения к ним газов воздушной атмосферы. Такой защите должна подвер­гаться область металла в районе сварки, нагреваемая от темпера­туры 500 °С и выше (рис. 9.8).
...
районе линии сплавления (особенно в случае, когда химичес­кие составы основного и присадочного металла различны). Это ведет к разнице пределов растворимости в них водорода. С количеством содержания газов в металле шва (в первую очередь, водорода) связывают возможность появления в нем газовой пористости. Характер растворения водорода в тита­не с изменением температуры (по сравнению с другими ме­таллами) имеет свою специфику (с повышением температу­ры оно уменьшается вплоть до температуры плавления; при ее достижении существует скачок увеличения растворимос­ти, затем растворимость опять уменьшается). Поэтому выде­ление водорода из ванны может иметь место тогда, когда его содержание в жидкой фазе существенно превышает раство­римость водорода в твердой фазе при температуре кристал­лизации. Это наблюдается при высоком содержании водоро­да (паров воды) в газовой фазе, на поверхности кромок или сварочной проволоки либо при большом времени пребыва­ния ванны в жидком состоянии. В последнем случае усили­вается процесс порообразования за счет выделения нераство­римых в титане паров воды, гидроокислов и окислов углерода, которые образуются из-за взаимодействия окислов титана с водородом.
...
4. Низкая теплопроводность титана приводит к тому, что изотермы вдоль шва вытягиваются, а это делает необходимым увеличение зоны защиты, особенно при сварке на высоких погонных энерги­ях (см. рис. 9.8). Одновременно это приводит к уменьшению ши­рины ЗТВ. Коэффициенты теплопроводности и термического расширения у титана невелики, однако, несмотря на это сумма остаточных укорочений по сравнению со сталью практически не
...
объемной теплоемкости, а она у титана примерно в 1,5 раза мень­ше, чем у низколегированной стали. Поэтому при сварке титано­вых конструкций необходимо принимать те же меры по борьбе с деформациями, что и при сварке стальных конструкций; особен­но эффективным здесь является способ создания пластических деформаций металла шва. 5. Удельное электрическое сопротивление титана почти в 1,6 раза больше, чем у алюминия и почти в 4 раза больше, чем у железа. Поэтому при механизированной сварке плавящимся электродом его вылет должен быть значительно меньше.
...
2. Второй трудностью, органично связанной с первой, является на­личие в основном металле (и в присадочной проволоке) вредных примесей: кислорода, азота и водорода. Эти примеси отрицатель­но влияют на пластичность металла (уменьшая ее) и прочност­ные его характеристики (увеличивая их). Иными словами, уве­личение содержания таких примесей как кислород и азот значительно охрупчивают металл, а водород может приводить к замедленному его разрушению. Поэтому содержание указанных вредных примесей в свариваемых сплавах и в сварочных прово­локах строго нормируется. Так, для технически чистого титана марки ВТ-1 содержание кислорода составляет до 0,15%, азота до 0,05%, углерода до 0,1% и водорода до 0,01%. Еще большие огра­ничения существуют для электродной (присадочной) проволо­ки из технически чистого титана: кислорода не более 0,12%, азо­та не более 0,04% и водорода не более 0,0025% (такое содержание водорода достигается вакуумной дегазацией проволоки).
...
3. Водород в условиях сварки даже при его низком содержании в сплаве и присадочном металле может диффузионно пере­мещаться и образовывать зоны повышенной концентрации в
...
6. а-сплавы (и бетированные а-сплавы), как правило, имеют хоро­шую свариваемость. Увеличение количества (3-стабилизатора (на­пример, ванадия) приводит к увеличению чувствительности ме­талла ЗТВ к термическому циклу сварки, что определяется характером фазовых превращений в сплаве. При малых скоростях охлаждения увеличение зерна в металле ЗТВ идет с повышением содержания ванадия. Увеличение скоростей охлаждения приводит к уменьшению степени различия в величине зерна вне зависимос­ти от содержания ванадия в металле. При его большом содержа­нии игольчатая структура, выделяющаяся при охлаждении а-фазы, более груба. Увеличение погонной энергии сварки приводит к уменьшению скоростей охлаждения и увеличению времени выдер­жки при температурах выше критической. Оба фактора способ­ствуют росту зерна в металле зоны. На рис. 9.9 показано влияние погонной энергии на рост зерна в ЗТВ и изменение вязких и проч­ностных свойств металла ЗТВ для бетированного а-сплава марки ПТ-ЗВ: значительное изменение величины погонной энергии прак­тически не влияет на изменение твердости. Ударная вязкость за­кономерно снижается с увеличением поперечника зерна, однако остается выше нижних значений ее по стандарту. Это дает основа­ние считать а-сплавы титана (в том числе и бетированные) терми­чески вялыми и хорошо свариваемыми во всем диапазоне погон­ных энергий (от ручной сварки до электрошлаковой).
...
Если в сплаве при комнатной температуре присутствует (3-фаза, то высокие скорости охлаждения металла могут приводить к увеличению степени его охрупчивання при больших скоростях нагружения и при­сутствии концентратора напряжений. Это можно объяснить специфи­кой растворения водорода в сплаве такой системы легирования при его охлаждении. При достаточном его содержании в металле возникают крупные колонии пластинок гидридной фазы (ТШ4), расположенные по границам а-фазы. Если сплав не имеет (3-стабилизатора, то увеличе­ние скоростей охлаждения повышает ударную вязкость металла, а в структуре наблюдается выделение дисперсных гидридных пластин по границам а-фазы. Предел растворимости водорода в (3-фазе выше, чем в а-фазе, однако из-за выделения гидридных пластинок и повышения чувствительности металла ЗТВ к охрупчиванию при различного рода нагрузках содержание водорода в а- и а-бетированных сплавах реко­мендуется ограничивать до 0,006%.
...
Сварка химически активных материалов должна производиться только в зоне потенциального ядра струи со свободным ламинарным пограничным слоем. Относительно невысокая эффективность (рассто­яние между срезом сопла и ванны, при котором обеспечивается каче­ственная защита жидкого металла) околошовной зоны при струйной защите на широко распространенных в промышленности горелках объясняется неоднородностью профиля скоростей и высокой турбулен­тностью потока на плоскости среза сопла. Увеличить расстояние от среза сопла до ванны с обеспечением качества защиты до величины 1,5Дсоп 1а можно, применив сопла в виде конуса с телесным углом раскрытия и конечной цилиндрической частью, имеющей длину порядка диаметра сопла (рис. 9.12).
...
часть которых выполнена по кривой Витошинского; она плавно сочета­ется с цилиндрической частью сопла. В цилиндрической части такого сопла установлена мелкоячеистая сетка, предназначенная для гашения турбулентного потока газа и увеличения длины ядра за конфузором при больших скоростях его истечения.
...
Высокая химическая активность титановых сплавов предъявляет к технологическим процессам изготовления конструкций ряд специфи­ческих общих требований. К ним относятся:
...
При наличии приставки в горелках для ручной сварки расход в нее инертного газа составляет примерно 1/3 расхода в сопле горелки. Этот способ рационально применять во всех пространственных положениях в толщинах до 18...20 мм.
...
Сварка производится на постоянном токе прямой полярности. Соединения малых толщин (до 2,0...5,0 мм) выполняются без раздел­ки кромок с односторонним или двухсторонним формированием шва. В первом случае стыковые соединения толщиной до 8 мм, как прави­ло, выполняются на подкладке. При сварке, во избежание окисления, производится поддув инертным газом (табл. 9.3) для защиты обрат­ной стороны формирующегося шва. Установки для сварки должны пре­дусматривать аппаратуру, обеспечивающую пуск газа за 15...40 с до включения тока (продувка газовых магистралей) и выключение газа через 30... 150 с после выключения тока (для защиты газом охлаждаю­щегося металла).
...
Одной из установок для этого вида сварки является ПРС-ЗМ, позволяющая производить сварку неплавящимся электродом во всех пространственных положениях на токах до 500 А с регулировкой тока
...
Автоматическая сварка титановых сплавов может производиться неплавящимся и плавящимся электродом. В большинстве случаев пред­почтение следует отдавать первому способу, так как он обеспечивает более стабильный процесс горения дуги, практически без разбрызгива­ния, и способствует получению плотных, беспористых сварных швов с хорошим их формированием. Процесс сварки плавящимся электродом ведется на больших токах и в ряде случаев имеет большую производи­тельность, нежели процесс сварки неплавящимся электродом. Большие силы токов, применяемые уже при сварке листов толщиной 20...40 мм, приводят к значительному увеличению зон защиты металла, нагревае­мого до температур 550...600 °С. Это требует применения приставок для защиты ванны и остывающего металла достаточно больших размеров. Это же относится и к приспособлениям для поддува газа с целью защи­ты обратной стороны свариваемого соединения.
...
Погруженной дугой без присадки можно сваривать за один проход тол­щины до 20 мм. Принцип погруженной дуги заключается в следующем. Вольфрамовый электрод укреплен на каретке автомата, движением ко­торой управляет механизм, прямо связанный с напряжением на дуге. Перед сваркой устанавливается нужное напряжение на дуге. По мере образования сварочной ванны дуга удлиняется, и специальной элект­рической схемой включается механизм, стремящийся восстановить за­данное напряжение на дуге. Вольфрамовый электрод двигается вниз, и дуга, углубляясь, погружается в сварочную ванну- это и приводит к увеличению глубины проплавления. В процессе сварки дуга отклоня­ется в сторону, противоположную стороне сварки, и это ограничивает глубину проплавления.
...
При редко возникающей необходимости сварки толщин более 25...40 мм производится разделка кромок. Такое соединение может сва­риваться следующим образом: сначала выполняется сварка погружен­ной дугой притупления большой величины, а разделка заполняется с помощью поверхностной дуги с подачей присадочной проволоки. При непроваре кромок за счет усадки при высокой температуре происходит такое сдавливание кромок, что наступает их частичное схватывание (термодиффузионная сварка), и рентгенопросвечивание может не об­наружить дефект.
...
После сборки соединения (таврового или стыкового), перед свар­кой, с другой стороны выполняется консервационный проход ручной или автоматической сваркой.
...
При автоматической сварке неплавящимся электродом могут обра­зовываться дефекты, характерные для всех видов сварки; в ряде же слу­чаев возникают дефекты, характерные только для этого метода. Появ­ление цветов побежалости от соломенно-желтого до серого говорит о нарушении защиты инертным газом через приставку. Матовый цвет, морщинистый вид шва, белого или желто-бурого цвета налет с харак­терными цветами поверхности кратера вызывается нарушением газо­вой защиты через горелку. Неудовлетворительное формирование шва (грубочешуйчатое с подрезами) является следствием нарушения ста­бильности плавления основного металла и присадочной проволоки из-за увеличения сварочного тока сверх допустимого предела, уменьше­ния скорости сварки или неравномерной подачи присадки. Следует отметить, что при сварке неплавящимся электродом (в случае номиналь­ных режимов) формирование шва исключительно стабильно, усиление имеет гладкую поверхность с плавными переходами к основному
...
металлу. Поверхностные трещины имеют место при сильных окисле­ниях. Возможной причиной может быть также попадание в шов меди ввиду оплавления сопла горелки. Непровар получается при малой силе тока, высоком напряжении на дуге, большой скорости сварки, исполь­зовании вольфрамового электрода с неправильной геометрией заточ­ки. Вольфрамовые включения могут появляться при заниженных на­пряжениях дуги, неполадках в системе регулирования дуги и нарушениях защиты.
...
Сварка титановых сплавов возможна под слоем специальных бескис­лородных флюсов системы СаР2-ВаС12-ЫаР (соли редкоземельных эле­ментов). Здесь защита жидкого металла сварочной ванны осуществля­ется парогазовым пузырем, образуемым дугой при плавлении флюса и металла. Однако способ этот может применяться для сварки относи­тельно небольших толщин (до 12,0 мм). При увеличении погонной энер­гии, объема металлической жидкой ванны и времени ее существования наблюдается диффузия газов воздушной атмосферы через слой флюса и шлака, насыщение кислородом металла шва и, как результат, потеря его пластичности. По этим же причинам, ввиду совершенно неудовлет­ворительной защиты, не применяются покрытые плавящиеся электро­ды для ручной сварки.
...
Электрошлаковая сварка титана, как и стали, эффективна для тол­щин более 40 мм. Сварка производится под бескислородными флю­сами типа АНТ-46 с обязательной защитой зеркала шлаковой ванны аргоном (во избежание диффузии через шлак вредных газов из ат­мосферы). Желательно использовать электроды большего сечения (пла­стинчатые и плавящиеся мундштуки), проволоку большого сечения (5,0 мм), что связано с высоким электросопротивлением титана. Ввиду высокой жидкотекучести фторидных флюсов особые требования предъявляются к водоохлаждаемым ползунам (прилегание к поверх­ности листов с зазором не >0,5 мм).
...
При сварке высокопрочных двухфазных сх+р-сплавов часто необхо­димо подбирать оптимальный химический состав шва, отличающийся от основного металла. В ряде случаев приходится прибегать к последу­ющей термообработке. Так, появление в металле ЗТВ субзеренной структуры может быть устранено длительным отжигом (750 °С для спла­ва ВТ22). При этом равномерно выделяется мелкодисперсная а-фаза (продукт распада р-фазы) и восстанавливается вязкость металла.
...
Плазменно-дуговая сварка титана и его сплавов без разделки кромок возможна до толщин 16,0 мм. При сварке стыковых соединений прони­кающей сжатой дугой на постоянном токе до 500 А проплавление име­ет характер «замочной скважины». Сварка может производиться как без присадочной проволоки (сварка без разделки), так и с разделкой (тогда в переднюю часть ванны вводится присадочная проволока).
...
При микроплазменной сварке (толщины <1,5 мм) процесс ведется дугой прямого действия, горящей на постоянном токе прямой поляр­ности (<200 А). В качестве плазмообразующего газа во всех случаях используется гелий или его смесь с аргоном. На слаботочных плазмот­ронах электроды изготавливают из вольфрама (марки ВЛ или ВИ), на сильноточных плазмотронах с высокой тепловой нагрузкой требуется применение специальных водоохлаждаемых электродов.
...
Электронно-лучевая сварка титана, как и других материалов, харак­терна жесткими требованиями к сборке под сварку и строгим соблюде­нием заданных зазоров. Иногда у торцов свариваемых кромок необхо­димы технологические утолщения, которые удаляются после сварки. Техника ЭЛС при сварке титановых сплавов не отличается от таковой при сварке других металлов.
...
Трудно выбрать режимы ЭЛС, обеспечивающие отсутствие подре­зов. Одним из приемов здесь является двухпроходная сварка, когда вто­рой проход «разглаживает» неудачное формирование лучом, колеблю­щимся поперек шва.
...
Одним из основных дефектов при ЭЛС является пористость метал­ла шва. Она располагается либо в металле шва, либо вблизи линии сплавления. Меры борьбы - отсутствие влаги и жировых загрязнений на поверхности и оптимальные условия вакуумирования.
...
Высокая концентрация энергии в луче способствует уменьшению ширины ЗТВ. Крупное зерно в ЗТВ при сварке двухфазных а+р-спла-вов может привести к падению ударной вязкости; отжиг таких соедине­ний практически ее восстанавливает.
...
приводит к понижению свойств, росту зерна при нагреве и высоким тем­пературам плавления (так, температура плавления гафния 5400, тантала 5300, вольфрама 5900, молибдена 4830 °С).
...
Цирконий имеет две аллотропические модификации (как и титан), обладая полиморфностью при сварке в ЗТВ, дает закалку с появлением р-фазы в структуре. Интенсивно поглощает водород в диапазоне 300... 1000 °С с образованием гидрида Ът\\г а при нагревах выше 800 °С энергичное взаимодействие с азотом приводит к образованию нитри­дов ЪгН. Сплавы циркония с оловом, железом, никелем и хромом име­ют высокую коррозионную стойкость при прочности выше 400 МПа.
...
Гафний также испытывает полиморфные превращения с низкотем­пературной а- и высокотемпературной р-фазами. При нагревах он ак­тивно взаимодействует с воздушной атмосферой, образуя нитриды и двуокись.
...
Ниобий и тантал близки по своим физическим свойствам и поли­морфных превращений не имеют. Обладая высокой стойкостью в жид­ких металлах-теплоносителях, применяются в отдельных типах реак­торов. Высокая коррозионная стойкость тантала используется также в хирургии. Находят применение сплавы тантала с вольфрамом, ниоби­ем и ванадием и сплавы ниобия с добавлением молибдена, вольфрама, циркония, ванадия, титана.
...
Все металлы этой группы энергично взаимодействуют с газами воз­душной атмосферы при нагреве (выше 300 °С начинается их взаимо­действие с кислородом, выше 350 °С - с водородом, выше 400 °С - с азотом). В результате этого взаимодействия резко падает пластичность металла и растет его прочность; причиной этому является образование окислов, нитридов и гидридов. При сварке в металле шва и ЗТВ могут образовываться (при наличии примесей углерода) карбиды, которые наряду с ростом зерна могут приводить к охрупчиванию металла.
...
Молибден не имеет полиморфных превращений; имея высокую тем­пературу плавления и показатели механических свойств, используется для отдельных деталей турбокомпрессоров, камер сгорания и т. д. При сварке склонен к появлению горячих трещин из-за образования легко­плавких эвтектик и охрупчиванию из-за насыщения атмосферными га­зами, чувствительность к которым у него чрезвычайно велика. Так, вли­яние кислорода на изменение перехода металла в хрупкое состояние ощущается довольно заметно уже при содержании его в металле более 0,0002% (Гх)) повышается до 200 °С).
...
Термический цикл сварки приводит к росту зерна в ЗТВ и резкому охрупчиванию металла из-за утолщения межзеренных прослоек и обо­гащения их примесями. Возможно также образование пор в металле шва,
...
если в металле есть примеси углерода. Отсюда возникают весьма жест­кие требования к чистоте основного и сварочных материалов (содер­жание кислорода <0,0002%, азота <0,0001%, углерода < 0,003%) с вве­дением в ванну активных раскислителей (титана, циркония, селена) и применением при сварке минимальной погонной энергии.
...
Хорошей свариваемостью обладают гафний, ниобий, тантал и цир­коний. Сварка же вольфрама и молибдена вызывает значительные труд­ности из-за охрупчивания металла вследствие его особой чувствитель­ности к примесям. Поэтому часто требуется введение в технологический процесс подогрева до температур 200...300 °С и снятие остаточных сва­рочных напряжений (отпуск после сварки), что снижает вероятность образования холодных трещин. Учитывая эти особенности, ручную сварку с применением струйной защиты используют редко (с горелка­ми, обеспечивающими двойную защиту, и приспособлениями для под­дува обратной стороны). Для уменьшения загрязнений металла шва сварку часто ведут без подачи присадочного металла. Однако все эти меры не дают возможности получить равнопрочное сварное соедине­ние. Лучшие результаты дает применение ЭЛС.
...
Как правило, химический состав наплавляемых материалов резко отличается от химического состава металла детали, что диктуется теми свойствами, которые должен иметь поверхностный слой. Окончатель­ный химический состав наплавленного слоя зависит также от доли уча­стия расплавленного (нелегированного) основного металла. Чем мень­ше эта доля, тем меньшие изменения происходят в наплавленном слое, сохраняя состав его (а значит и свойства) в состоянии, близком к ис­ходному. Здесь возникает одно из основных требований, предъявляе­мых ко всем способам дуговой наплавки, - они должны обеспечивать минимальное проплавление основного металла детали.
...
Толщина наплавляемого слоя может быть различной и колебаться в пределах 0,5... 10,0 мм. При большой толщине наплавляемого слоя на­плавка выполняется многослойной; в этом случае получить исходный состав последнего слоя наплавки проще из-за все уменьшающейся доли участия металла предыдущего слоя в последующем.
...
Доля участия основного металла в наплавляемом зависит от приня­того способа наплавки и параметров ее режима. Электродуговые спосо­бы наплавки различаются между собой характером теплового воздействия на основной металл. Практически, для различных металлов и характера наплавляемых деталей могут быть применены различные способы дуго­вой наплавки: газовая, ручная штучным электродом, автоматическая и
...
полуавтоматическая под флюсом или в среде защитных газов, плазмен­ная или электрошлаковая. При этом может применяться дуга прямого или косвенного действия. Каждый способ имеет свои диапазоны измене­ния доли участия основного металла в наплавленном слое (рис. 10.1). На долю участия основного металла в металле наплавки влияют и другие факторы (например, температура плавления, теплофизические свойства основного металла, его масса, применение сопутствующего подогрева).
...
основной проволоки) и сейчас широко применяются для созда­ния наплавленных слоев с практически любыми свойствами во многих отраслях мировой промышленности. Это объясняется относительной простотой создания нужной по химическому со­ставу металлоиорошковой среды - наполнителя проволоки или ленты. В зависимости от состава такая шихта обеспечивает при­менение при наплавке проволоки (ленты) либо без защиты, либо под флюсами (в основном нейтральными) или в среде инертных газов или их смесей.
...
Большое влияние на химический состав наплавленного металла при всех способах наплавки оказывает режим наплавки (особенно это за­метно при наплавке под слоем флюса, что связано с увеличением глу­бины проплавления и количеством расплавляемого флюса). Здесь це­лесообразно применение ленты, что уменьшает глубину проплавления основного металла, увеличивает производительность наплавки, созда­ет более ровную наплавляемую поверхность.
...
Ленты поставляются в холоднокатаном виде толщиной 0,4...4,0 мм и шириной 20... 100 мм. Изготавливаются и металлопорошковые ленты различных химических составов. Наплавка лентами, как правило, про­изводится под флюсом на автоматах, оборудованных специальными подающими ленту механизмами.
...
Естественно, что ручная наплавка обладает значительно меньшей про­изводительностью (0,5...2,0 кг/ч), химический состав наплавленного ме­талла при этом способе во многом зависит от режима наплавки (с увеличением силы тока и напряжения на дуге усиливается выгорание легирующих элементов).
...
Рис. 10.1. Доля участия основного металла в первом слое наплавки, выполненной различными способами (сталь хромоникелевая):
...
Вообще через покрытие можно обеспечить довольно значительное легирование наплавляемого металла. Поэтому, варьируя составом покры­тия и составом стержня, можно получить множество композиций наплав­ленного металла с различными свойствами. Существует большое коли­чество типов и марок электродов, обеспечивающих на деталях из различных марок сталей наплавку слоев с необходимыми свойствами. Так, для наплавки низкоуглеродистых, углеродистых и низколегированных сталей на деталях без термической обработки (или нормализованных) могут применяться электроды марок ОММ-5, ЦН-7, УОНИ 13/45. Они обеспечивают твердость наплавленного металла НВ 200...242. Для дета­лей из сталей среднеуглеродистых и углеродистых, прошедших норма­лизацию, могут применяться электроды марок Т590, Т620,12КН-ЛИВТ Эти электроды обеспечивают высокую твердость наплавленного слоя без последующей термообработки наплавленной детали (НЯС52-56).
...
При наплавке в углекислом газе нужно учитывать потерю легирую­щих элементов за счет их окисления образующимся кислородом. В слу­чае наплавки в инертных газах (или их смесях) легирование осуществ­ляется за счет применения проволок сплошного сечения (либо порошковых проволок), а также дополнительных проволок (вводимых в дуговое пространство либо укладываемых на наплавляемый металл), порошков или паст нужного состава.
...
На проволоку сплошного сечения существует ГОСТ 10543-75. Он содержит 30 марок проволок для наплавки различного химического состава и назначения. Наплавляемый металл этими проволоками име­ет разную твердость в соответствии с требованиями эксплуатации (табл. 10.1). В странах Западной Европы (в частности, в Германии) су­ществует гораздо больше марок проволоки для наплавки (в том числе и порошковых), обеспечивающих широкий спектр их применения в раз­личных отраслях промышленности.
...
В этом случае в проволоке (или порошке) часто находится большое количество углерода в виде карбида, что наряду (иногда) с широким ком­плексом других легирующих приводит к усложнению технологии наплав­ки применением сопутствующего подогрева и последующей после наплав­ки термообработки (закалкой с отпуском либо отпуском - в зависимости от химического состава наплавки и основного материала детали). Так, применяемая для наплавки гребных винтов и валов морских судов про­волока Нп-30Х10Г10Т дает твердость наплавленного металла НВ 200...220 и не требует последующей термической обработки, а проволока Нп-40Х2Г2М применяется для наплавки деталей машин, работающих с динамическими нагрузками (коленчатые валы и др.), дает твердость наплавленного металла НЯС40-50 после закалки.
...
При наплавке больших по размеру плоских поверхностей целесооб­разно применять многоэлектродные автоматы или ленточные электро­ды. При плазменной наплавке часто применяют тонкую токоведущую проволоку в качестве присадки, что обеспечивает минимальное простав­ление. Это особенно ценно при наплавке меди и ее сплавов, а также аус-тенитных сталей на низкоуглеродистые и низколегированные стали.
...
В качестве примеров применения плазменных способов наплавки можно привести восстановление изношенных канавок под компресси­онные кольца поршней из алюминиевых сплавов судовых дизелей с применением композиционных проволок. Интересен процесс плазмен­ной наплавки восстановления посадочных поверхностей втулок цилин­дров дизелей применением бронз Бр.АМц9-2 и Бр.АМцЗ-1.
...
Следует отметить, что для всех часто применяемых в промышлен­ности способов наплавки (а их практически столько, сколько и спосо­бов сварки) для конкретных составов наплавочных материалов, мате­риала и конфигурации наплавляемой детали следует выбирать оптимальные режимы наплавки при принятом способе.
...
Существуют менее распространенные способы наплавки. Находит применение способ вибродуговой наплавки, при котором механически подающийся тонкий электрод (проволока диаметром 1,5...2,0 мм) спе­циальным устройством подвергается вибрации с частотой 30... 100 1/с с амплитудой 0,5...1,0 мм. Режим подбирается так, чтобы наплавка про­исходила с периодическими короткими замыканиями. Наплавка про­изводится в среде охлаждаемой жидкости, что уменьшает деформации и увеличивает твердость наплавленного слоя. Способ хорош для наплав­ки цилиндрических изделий малого диаметра. Существуют способы наплавки в вакууме тонким электродом, они часто применяются, на­пример, при наплавке тарелок клапанов двигателей внутреннего сгора­ния.
...
Иногда находят применение способы наплавки лежачим электродом. Процесс наплавки здесь осуществляется перемещением дуги, расплав­ляющей металл электрода, и оплавлением пластины (детали). Доволь­но часто применяется электродуговая наплавка меди, бронзы, латуни на поверхность стальных деталей. Затруднения, возникающие при та­кой наплавке, связаны с высоким сродством меди к кислороду, низкой температурой плавления меди, значительным поглощением газов медью и различными величинами коэффициентов теплопроводности и линейного расширения.
...
Одним из неприятных моментов, возникающим при наплавке меди и ее сплавов на сталь, является образование в стали, под слоем меди, трещин, которые заполняются расплавом меди (или ее сплавов).
...
Объясняют появление этого дефекта расклинивающим действием жидкой меди, проникающей в микронадрывы по границам зерен сталь­ной детали при одновременном действии термических напряжений ра­стяжения.
...
При наплавке меди на низкоуглеродистые и низколегированные стали размер этих трещин и их количество невелики; однако при на­плавке на аустенитные стали их число и размеры возрастают. Для уменьшения опасности возникновения в стали таких трещин реко­мендуется вести наплавку на минимальной погонной энергии. Для оптимизации условий наплавки меди на сталь необходимо, чтобы поверхность стальной детали не расплавлялась. Она должна хорошо смачиваться (температура ее нагрева не должна превышать 1100 °С), а длительность контакта расплавленной меди со сталью при этой тем­пературе должна быть не более 0,01...0,015 с, что приводит к резкому уменьшению содержания железа в диффузионной прослойке. Для наплавки меди на сталь применяют дугу, горящую в аргоне, а также сварку под плавлеными и керамическими флюсами. Эффективным способом наплавки бронзы является наплавка под активными кера-м и ч е с к и м и флюса м и.
...
В целом ряде случаев, особенно при необходимости получения на­плавленных слоев большой толщины, применяется электрошлаковая наплавка. Ее можно выполнять электродной проволокой, плавящимся мундштуком и электродами большого сечения. Иногда в качестве до­полнительного присадочного материала используют металлические порошки, с помощью которых в наплавленный металл вводят необхо­димые легирующие элементы. Известны два основных способа элект­рошлаковой наплавки: в нижнем и вертикальном положениях.
...
В вертикальном положении можно наплавлять слой металла тол­щиной 20...90 мм. Скорость электрошлаковой наплавки на 20...30% больше скорости электрошлаковой сварки металла равной толщины. Если пользоваться формирующим устройством, то поверхность на­плавляемого слоя сохранит эту форму, что существенно сократит пос­ледующую механическую обработку наплавленной заготовки.
...
Схема электрошлаковой наплавки в нижнем положении показа­на на рис. 10.3. По слою легирующей шихты, покрытой флюсом, пере­мещают многоэлектродный наплавочный аппарат. Плавильное про­странство ограничено с трех сторон специальным водоохлаждаемым
...
Графит, обладая большой хрупкостью, ослабляет металлическую осно­ву чугуна, однако он одновременно придает ему ряд ценных в технологи­ческом отношении свойств (облегчает обрабатываемость резанием и т. д.).
...
Механические характеристики чугуна во многом зависят от количе­ства содержания в нем графита и характера его распределения по струк­туре. Отбел при сварке чугуна - явление весьма нежелательное, так как образование структурно свободного цементита создает большую хруп­кость металла в зоне перехода от шва к основному металлу. Отбеленный металл такого слоя имеет высокую твердость (500...600 НВ), что кроме возможности образования трещин создает затруднения при механичес­кой обработке деталей. Поэтому при назначении технологии сварки сле­дует избегать местных перегревов металла, ибо это способствует увели­чению толщины отбеленного слоя в переходной зоне.
...
Марки серых чугунов определяются его прочностными характерис­тиками (предел прочности на разрыв и предел прочности на изгиб) -СЧ12-28 и т. д. Серые чугуны разных модификаций в основном приме­няются для изготовления методом литья самых разнообразных деталей. К основным трудностям сварки серого чугуна относятся следующие. 1. Достаточно резкие скорости охлаждения металла ЗТВ и металла шва, сопутствующие термическому циклу сварки, способствуют отбеливанию чугуна, что связано с появлением выделений цемен­тита в различной форме и охрупчиванию этих участков. Основными легирующими элементами чугунов являются углерод и кремний. Они во многом определяют конечную структуру, а значит, и свойства чугунов. При конкретном содержании углерода (рис. 11.1) уве­личение содержания кремния при прочих равных условиях способствует графитизации чугуна и уменьшению количества цементита в базовой структуре (Ф -» Ц).
...
Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, содержание которого в сплаве превышает 2,14%. Обычно в чугунах присутствует некоторое количество кремния и марганца, серы и фосфора; иногда вво­дятся другие легирующие элементы для придания чугуну определен­ных свойств.
...
Чугуны относятся к сплавам трудносвариваемым, что объясняется их химическим составом (высоким углеродом) и конечными свойства­ми. В зависимости от содержания в чугуне углерода в свободной форме (в виде графита) различают два вида чугуна, резко отличающихся по характеру излома.
...
Белый чугун характеризуется в изломе матово-белым цветом. В его структуру при комнатной температуре входят цементит и перлит. Весь углерод в нем находится в связанном состоянии в виде цементита; сво­бодный графит в таком чугуне отсутствует, поэтому последний облада­ет высокой твердостью и хрупкостью.
...
Серый чугун имеет в изломе серый цвет и характеризуется наличием в структуре графита; при этом графит может находиться в разных фор­мах (перлитный чугун, перлитно-ферритный и т. д.).
...
Серые перлитные нелегированные чугуны с пластинчатым графи­том относятся к наиболее распространенному в машиностроении клас­су литейных чугунов. В зависимости от количества углерода, находя­щегося в виде графита и цементита, различают следующие его типы.
...
Серый перлитный чугун отличается тем, что в нем около 0,8% угле­рода находится в виде цементита, входящего в состав перлита, а осталь­ная часть углерода (1,5...3,0%) находится в виде графита. Таким обра­зом, металлическая основа этого чугуна представляет собой перлитную сталь, прорезанную прожилками графита; феррит в виде отдельных зе­рен в этом чугуне не содержится.
...
Серый перлитно-ферритный чугун содержит углерод в виде графи­та, т. е. характеризуется графитизацией части цементита, входящего в состав перлита. Его металлическая основа состоит из перлита, зерен феррита и прожилок графита.
...
Серый ферритный чугун почти весь углерод содержит в виде гра­фита. Его структура состоит из зерен феррита, перерезанных прожил­ками графита.
...
11. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЧУГУНА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ РЕМОНТЕ
...





    Азотирование и карбонитрирование
    Оcновы сварки судовых конструкций
    Материаловедение
    Російсько-український словник зварювальної термінології. Українсько-російський словник зварювальної термінології.
    Металловедение для сварщиков (сварка сталей)

    rss
    Карта