Процесс сварки вольфрамовым электродом в аргоне с присадочной проволокой титанового сплава ОТ4 (стр. 4 из 12)
Отличие заключается в нагреве до определенных температур, выдержке и охлаждении на воздухе для стабильных сплавов и с печью для высоколегированных.
Термически стабильные сплавы (титаны, α- и псевдо α-сплавы) и их сварные соединения подвергают отжигу первого рода, (до температур выше температуры рекристаллизации сплава) для снятия остаточных сварочных напряжений (773-873К, вершина 0,5-1,0ч) и для правки тонкостенных конструкций, которые для этой цели выдерживают в местных приспособлениях уш 873-923К в течении 0,5-1 ч.
Отжиг (α+β) сплавов и их сварных соединений сочетаетэлементы отжига первого рода, основанного на рекристализационных процессах и отжига второго рода, основанного на фазовой нерекристализации. Для этих сплавов кроме простого применяют рекристализационный отжиг. Он заключается в нагреве сплава при сравнительно высоких температурах, достаточных для изготовления рекристализационных процессов, охлаждения до температур, обеспечивающих высокую стабильность β- фазы (ниже температуры рекристаллизации), и выдержке при этой температуре с последующим охлаждением на воздухе.
При упрочняющей термической обработке α+β –сплавов и метастабильных β –сплавов перед сваркой основной металл этих сплавов подвергают закалке или отжигу, а после сварки – закалке и старению.
Для сварки титана в промышленности применяют, автоматическую, полуавтоматическую и ручную сварку неплавящимся электродом, непрерывно горящей и импульсной дугой и автоматическую и полуавтоматическую сварку плавящимся электродом. Для сварки титана могут быть использованы стандартное сварочное оборудование, снабженное дополнительными устройствами для защиты зоны сварки, а также специализированные сварочные гдилки и установки. Для защиты зоны дуги и расплавленной ванны необходимо использовать аргон высшего сорта
(ГОСТ 10157-79). Для защиты остывающей части шва и обратной стороны шва неответственных изделий допускается использование аргона второго сорта. Гелий и его смеси с аргоном целесообразно использовать при дуговой сварке плавящимся электродом больших (8•10-3-10-2). При сварке в гелии необходимый для защиты сварочной ванны расход газа в два-три раза больше , напряжение на дуге в 1,4-1,6 раза выше, а ширина зоны расплавления в 1,4 раза больше, чем при сварке в аргоне [10].
Защита зоны сварки может быть местной и общей. При местной защите защищается зона металла нагретого до температур начала активного поглощения газов, ограниченная изотермой 623-673К, с лицевой и обратной стороны шва.
Общая защита сварного соединения и изделия в целом осуществляется при сварке в камерах с контролируемой атмосферой и в специализированных боксах с обеспечением в них условий для работы сварщиков. Камеры вакуумируются до 10-2-10-4 мм рт.ст., после чего их заполняют инертным газом с избыточным давлением 0,1-0,3 кгс/см2. основное требование, предъявляемое к камерам с контролируемой атмосферой, - возможность создания и поддержания в процессе сварки заданной чистоты инертной среды. Последнее реализуется использованием газовой очистки в процессе сварки по замкнутому циклу: камера-компрессор-система химической очистки-камера. При наличии примесей в атмосфере камеры не выше их содержания в аргоне высшего сорта обеспечиваются необходимая пластичность, прочность и коррозионная стойкость металла сварных соединений.
Местные защитные камеры используют с вакуумированием и без предварительного вакуумирования. В последнем случае для вытеснения воздуха и качественной защиты необходима продувка камеры 5-10 кратным объемом инертного газа. улучшение условий защиты металла, нагретого до температур активного поглощения газов, достигается применением мер, обеспечивающих интенсивный теплоотвод из зоны сварки (медные водоохлаждаемые подкладки и накладки, охлаждающие ванны) и предупреждающих контакт нагретой поверхности с воздухом (подкладки, накладки, покрытия и т.д.).
Аргонодуговую сварку непрерывно горящей дугой производят на постоянном токе прямой полярности от стандартных источников питания. При толщине металла до 3-4 мм сварку выполняют за один проход, при большей толщине требуются многопроходная сварка. Увеличение глубины проплавления и производительности сварки достигается при использовании способа сварки проникающей (заглубленной) дугой при принудительном погружении дуги ниже поверхности свариваемых кромок. Таким способом можно сваривать металл толщиной до 10 мм без применения разделки кромок и присадочного металла.
Применение фтористых флюсов при аргонодуговой сварке титановых сплавов позволяет снизить погонную энергию по сравнению с аргонодуговой сваркой без флюса, сузить зону термического влияния, уменьшить пористость швов и улучшить условия защиты металла от взаимодействия с воздухом. используются флюсы систем АНТ, фтористые соединения щелочных и щелочноземельных металлов. Флюс разводят этиловым спиртом до получения жидкой пасты (30г флюса и 100г спирта), которую наносят на кромки свариваемых деталей. Сварку производят после улетучивания спирта.
Для тонколистового металла (
2,5 мм) целесообразно применять импульсную сварку без присадочной проволоки. разработана плазменная сварка листов титана малой (0,025-0,5 мм) и средней (0,5-12,5 мм) толщины и многослойная сварка плоских листов (толщиной св.12 мм). По сравнению с аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом плазменная сварка характеризуются более высокой производительностью, меньшим короблением (деформация на 1/2-1/3 меньше). Механические свойстватитана при плазменной сварке близки к свойствам, полученным при аргонодуговой сварке. Основной трудностью при плазменной сварке по сравнению с аргонодуговой является более жесткие требования к качеству сборки в связи с характерным грибообразным проплавлением [11].Процесс сварки тонколистового металла лучше осуществлять внутри микрокамер. Благодаря этому обеспечивается надежная защита зоны сварки при малом расходе инертного газа. При высоком качестве основного и присадочного материала, соблюдении условий защиты и оптимальных режимах сварки вольфрамовым электродом механические свойства сварных соединений титана и его сплавов близки к свойствам основного металла. Лучшие свойства достигаются при автоматизированных методах сварки. [12,13].
О надежности газовой защиты в процессе сварки и при последующем охлаждении сварного соединения при всех видах сварки в инертных газах можно судить по внешнему виду шва. Блестящая серебристая поверхность свидетельствует о хорошей защите. Проявление на шве цветов побежалости указывает на нарушение стабильной защиты, а серых налетов – на плохую защиту [8]. Достаточно простым критерием оценки степени загрязнения шва примесями внедрения – газами (азотом и кислородом) служит твердость металла шва и околошевной зоны.
При хорошей защите твердость металла шва не превосходит исходной твердости основного металла. При этом сварные соединения равнопрочны основному металлу и имеет достаточно высокие пластические свойства. Так, стыковое соединение сплавы ВТ1 толщиной 1-2 мм, выполненное сваркой без присадки, имеет временное сопротивление 45-56 кгс/мм2, угол изгиба 180°, а сплава вт5-75-90 кгс/мм2 и 70-90° соответственно.
При сварке неплавящимся электродом технического титана и низколегированных титановых сплавов толщиной более 1,5-2 мм для получения полномерного шва применяют присадочный материал – титановую проволоку ВТ1-00, подвергнутую вакуумному отжигу для снижения содержания водорода до 0,003-0,004%. более стабильное качество швов удается получить при автоматической подаче присадочной проволоки в зону сварки.
Швы, сваренные на техническом титане и низколегированных α- сплавах, имеют крупнокристаллическую макро- и микроструктуру. Для металла шва и околошовной зоны характерна микроструктура игольчатой α´-фазы, образование которой связано с полным превращением высокотемпературной β-фазы при быстром остывании. Игольчатость фазы свидетельствует о мартенситной кинетике превращения. Структурные участки околошовной зоны на титане аналогичны таким же участкам на стали. Непосредственно к металлу шва примыкают участки крупного зерна или перегрева, затем следуют участки полной перекристализации с увеличенным размерами зерен по сравнению с основным металлом. Околошовная зона очерчена ярко выраженной границей с неизменившим микроструктуру основным металлом.
Важным условием предотвращения охрупчивания металла шва и околошовной зоны с мартенситоподобной игольчатой микроструктурой является обеспечение чистоты металла и выбор режимов сварки с оптимальными термическими циклами.
Термообработку сварных соединений из титана и его низколегированных сплавов проводят лишь с целью снятия сварочных напряжений. Температуру нагрева принимают до 600-650°С, время выдержки 30-40 мин, остывание с печью.
Весьма эффективен новый отечесвенный способ аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом с применением флюсов паст. Этот способ использует преимущества сварки титана под флюсом, достигаемые введением в зону сварки фторидов и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов. первоначально такой способ применяли лишь для устранения пористости швов. Это достигалось нанесением весьма тонкого слоя специального однокомпанентного реагента на поверхность свариваемых кромок.
В дальнейшем исследования, выполненные в ИЭС имели Е. О. Патона, показали, что использование специальных флюсов при сварке неплавящимся электродом позволяет заметно снизить затраты погонной энергии, получить более узкие швы при значительном увеличении глубины проплавения , частично рафинировать и модифицировать металл шва. Для сварки титана находят применение флюса-пасты серия АН -ТА (АН-Т17А и др.). Сварка с такими флюсами дает возможность выполнять за один проход без разделки кромок соединения из титана толщиной до 12 мм узкими швами на токах в 2,5 -3 раза меньших по сравнению с токами при обычной аргоно-дуговой сварке неплавящимся электродом [8].