Процесс сварки вольфрамовым электродом в аргоне с присадочной проволокой титанового сплава ОТ4 (стр. 1 из 12)
Реферат
Объектом исследования является автоматическая аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом сплава ОТ4.
Цель дипломного проектирования – исследование процесса сварки вольфрамовым электродом в аргоне с присадочной проволокой титанового сплава ОТ4, применительно к проблеме повышения качества формирования швов при сварке с повышенной скоростью.
Основным препятствием повышения скорости аргонодуговой сварки титановых сплавов является неудовлетворительное формирование швов, которое проявляется в образовании подрезов. В работе показано, что с повышением скорости сварки плотность тока в металле перед дугой увеличивается, что приводит к вырастанию электромагнитных сил действующих в головной части ванны, вытеснению металла в её хвостовую часть и, как следствие, к образованию подрезов. Установлено, что сварка с токоподводящей присадочной проволокой позволяет регулировать характер растекания тока в зоне сварки и тем самым создать благоприятные условия для качественного формирования швов. Изучено влияние магнитного поля тока присадочной проволоки на дугу и процесс формирования швов при сварке сплава ОТ4. Исследованы свойства сварных соединений.
Титановый сплав ОТ4, подрезы, скорость сварки, вольфрамовый электрод, аргон, присадочная проволока.
Содержание
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования
1.1 Общая характеристика титановых сплавов
1.2 Свариваемость титановых сплавов
1.3 Особенности формирования швов при сварке с повышенной скоростью
1.4 Цель и задачи исследования
2. Методы исследований
2.1 Оборудование для сварки
2.2 Аппаратура и методика исследования распределения тока в зоне сварки
2.3 Методика исследования отключения дуги магнитным полем
3. Результаты исследований
3.1 Распределение тока в зоне сварки
3.2 Формирование швов при сварке с присадочной проволокой
3.3 Свойства сварных соединений
Литература
Введение
Развитие машиностроения, химии, атомной и криогенной техники требует увеличения выпуска сварных конструкций из титана и его сплавов. Одним из распространенных способов производства таких конструкций является сварка вольфрамовым электродом в аргоне. При этом интенсификация процесса сварки приводит к ухудшению формирования шва, которое проявляется образовании протяженных подрезов. Помимо ухудшения прочностных характеристик изделий, наличие дефектов снижает коррозионную стойкость сварных соединений. Потому разработка способов, позволяющих повысить производительность и качество формирования швов при сварке вольфрамовым электродом в аргоне является одной из актуальных задач.
Значительный вклад в исследование природы образования подрезов и разработку процессов сварки с повышенной скоростью внесли Б.Е. Патон, С.Л. Мандельберг, И.М. Ковалев, В.И. Щетинина и многие другие отечественные и зарубежные ученые. Однако природа образований подрезов пока ещё полностью не изучена и требует дополнительных исследований.
Для управления процессом формирования шва значительный интерес представляет исследование внешних магнитных полей. Магнитное поле служит практически безинерционным регулятором проплавляющего действия дуги и её силового воздействия на сварочную ванну; с его помощью можно осуществить сварку электродом, уложенным в разделку кромок, наплавку пластинчатым электродом, приварку труб к трубным решеткам конической или цилиндрической дуги и т.п. магнитоуправляемую дугу можно использовать в качестве источника нагрева при прессовой сварке изделий с замкнутым контуром. Во всех этих случаях процесс может быть легко автоматизирован либо механизирован.
Применение внешних магнитных полей при сварке было предложено и осуществлено изобретателем дуговой сварки Н.Н. Бернадосом. Влияние магнитных полей на процессы в дуге и сварочной ванне исследовали Г.М. Тиходеев, К.К. Хренов, Г.И. Леснов, И. М. Ковалев, В.П. Черныш, В.Д. Кузнецов и многие другие ученые.
Процессы, происходящие в сварочной ванне, и как следствие формирование шва в значительной степени зависят от магнитного поля сварочного тока, создаваемого как током дуги, так и током, протекающим по ванне и основному металлу. Это подтверждается нарушением формирования швов при магнитном дутье и увеличении влияния магнитного поля сварочного контура на образование подрезов при сварке с повышенной скоростью. Однако распределение тока в зоне дуговой сварки исследовано недостаточно точно и требует проведения дополнительного изучения.
В работе приведены результаты исследований распределения тока в зоне дуговой сварки титанового сплава ОТ4 вольфрамовым электродом в аргоне. Изучено влияние присадочной проволоки и величины тока по ней протекающего на характер растекания тока по ней пластине из сплава ОТ4. показано, что магнитное поле тока протекающего по присадочной проволоке, может быть использовано для отключения дуги «углом вперед». Изучен процесс формирования шва при сварке ОТ4 с повышенной скоростью. Даны рекомендации по сварке. Приведены свойства сварных соединений.
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования
1.1 Общая характеристика титановых сплавов
сварка титановый сплав вольфрамовая проволока
По распространению в природе среди металлов титан занимает десятое место. Его содержание в земной коре составляет свыше 0,6%.
Атомный номер титана 22, он находится в IVгруппе периодической таблицы Менделеева, расположен в четвертом ,,,,, периоде и принадлежит к переходным металлам с недостроенной d- оболочкой [1,2].
Титан имеет две апиотропические модификации низкотемпературную – α, существующую до 1155К и имеющую гексагональную кристаллическую решетку с плотной упаковкой атомов, и высокотемпературную –β, существующую при температурах выше 1155К высокотемпературная модификация титана имеет кубическую объемно-центрированную структурную решетку (а=3,282 Å)
Температура апиотропического превращения титана в значительной мере определяется его чистотой. Установлено [2], что если в йодидном титане превращение начинается при 1155К и происходит в узком температурном интервале, то для магниетермического титана, содержащего большое количество примесей, превращение начинается при более низкой температуре (1133К) и происходит в широком интервале температур – 1233К. для гидридно-кальциевого титана температурный интервал превращения α→← β составляет примерно 110-120°К. Это явление связано с различными влиянием примесей на температуру полиморфного превращения. Сохранить высокотемпературную модификацию в чистом титане при комнатной температуре не удается даже при самой разной закалке вследствие протекания β→α превращения.
С увеличением скорости охлаждения из β-области температура β→α переходе заметно понижается. Так при изменении скорости охлаждения от 4 до 10000 град/с температура превращения снижается от 1155К до 1133К. в работе [3] отмечается, что зависимость температуры полиморфного превращения от скорости охлаждения носит линейный характер и может быть выражен следующим уравнением:
Тβ→α =
, (1.1)где Т- температура превращения;
-скорость охлаждения.При полиморфном β→α превращении соблюдается строгое кристаллоградическое соответствие между исходной и образующейся долями. Впервые внешную ориентировку кристаллических решеток при превращении объемноцентрированный кубической структуры в плотноупакованную гексогональную определил Бюргерс
[4] для аналога титана-циркония.Электрические свойства титана очень зависят от его чистоты. По данным работы [3] удельное электросопротивление йодистого титана при комнатной температуре равно 4,2•103 мком•м, для магниетермического 5,5•103 мком•м. при повышении температуры до 623-673К электросопротивление вырастет по линейному закону. При высших температура оно уменьшается и зависимость отклоняется от прямой линии тем выше, чем выше температура α→β- превращение отмечается скачкообразным уменьшением электросопротивления (3,16±0,1)10-6, а магнитная проницаемость – 1,00004.
Важным показателем для сварки титана является низкое значение коэффициента токопроводимости титана. Поэтому при сварке титана наблюдается весьма концентрированный нагрев и меньшие потери энергии.
Чистый (йодистый) титан обладает высокой пластичностью и по своим свойствам приближается к меди. Это объясняется тем, что в отличие от других металлов с гексагональной решеткой титан имеет несколько плоскостей скольжения. Кроме того, при комнатной температуре дедюриция титана может также происходить посредством двойникования.
Титановые сплавы по сравнению с алюминиевыми и магниевыми имеют более высокие характеристики прочности. Технические сорта титана обычно содержат 0,4-0,5% примесей, которые значительно изменяют его механические свойства[1-4].
Титан обладает высокой коррозионной стойкостью, объясняющейся малой химической активностью вследствие образования на поверхности металла защитной окистной пленки. Это позволяет использовать его для работы в различных агрессивных средах. Титан стоек к морской воде и мало подвержен кавитационной коррозии. Технический титан имеет такую же коррозионную стойкость во многих органических кислотах, как нержавеющая сталь.
Комплекс физических свойств резко изменяется при введении в титан легирующих элементов. В зависимости от химической природы, размеров атомных радиусов кристаллической структуры и ряда других факторов легирующие элементы способны образовывать с титаном различные кристаллические фазы – твердые растворы разнообразных типов и неодинаковый физикохимический природы или металлические соединения.