Тугоплавких металів
Нижньою границею температури плавлення для тугоплавких металів умовно вважають температуру плавлення хрому (). До конструкційних тугоплавких металів відносяться ванадій, ніобій, тантал, хром, молібден, вольфрам, реній. При зварюванні цих матеріалів (в зв’язку з високою температурою плавлення) потрібно застосовувати джерела нагрівання з високою концентрацією енергії. Здатність тугоплавких металів взаємодіяти з азотом і киснем потребує використання ефективних засобів захисту зони зварювання від взаємодії з атмосферою. Тому для з'єднання тугоплавких металів використовують в основному три методи: дугове зварювання в середовищі інертних газів в камерах з загальним захистом; електронно – променеве зварювання в вакуумі; зварювання лазером у вакуумі або в середовищі інертного газу. Для підвищення механічних властивостей тугоплавких металів використовують багатокомпонентне легування елементами(Zr, Ti та ін.), що нейтралізують шкідливий вплив домішок.
При зварюванні Ті
Основний дефект металу шва при зварюванні Ті і його сплавів – пористість. Вважається, що утворення пор зв’язане з розчиненням в металі водню. Вони утворюються, якщо газові бульбашки, що виникли в процесі нагріву, не встигають виділитись із ванни до моменту кристалізації. З метою запобігання утворенню пор при зварюванні Ті і його сплавів використовують різні способи, які можна розділити на три групи:
1) Зменшення кількості адсорбованої вологи на зварюваних поверхнях і поверхні зварювального дроту, а також створення умов для видалення вологи із зони зварювання до формування зварювальної ванни.
2) Використання режимів зварювання, які забезпечують найбільш повне виділення водню із зварювальної ванни.
3) Зв’язування та інтенсифікація виділення водню з ванни шляхом використання флюсів (дія флюсу проявляється в зв’язуванні водню в з'єднання HF або HCl, які не розчиняються в металі).
2. Гарячі тріщини.
При зварюванні Cu
Кисень мало розчиняється в твердій міді. При підвищенні температури Cu активно окислюється, утворюючи оксид Cu2O. Цей оксид утворює з міддю легкоплавку евтектику Cu – Cu2O (Тпл=1064), яка концентрується по границям зерен і знижує міжкристалітну міцність, що може привести до утворення гарячих тріщин.
Для запобігання гарячим тріщинам необхідно вводити розкислювачі (марганець, кремній, та ін.) при обмеженні вмісту кисню до 0.03%, а при зварюванні відповідальних конструкцій допускається наявність кисню до 0.01%.
Такі домішки, як вісмут, сірка, свинець, також сприяють утворенню тріщин, тому їх вміст потрібно обмежувати. Так, наприклад, в міді допускається не більше 0.005% вісмуту, 0.005% свинцю, 0.004% сірки.
при зварюванні Al По схильності до утворення гарячих тріщин алюмінієві сплави діляться на: 1) Сплави в яких гарячі тріщини не утворюються. 2) Сплави в яких утворюються гарячі тріщини (такі сплави не зварюються плавленням). Легкоплавка евтектика на основі кремнію(Тпл=577) приводить до утворення гарячих тріщин, якщо вміст кремнію не великий (до 0.5%). При наявності кремнію більше (4...5)% евтектика, яка утворюється, “виліковує” тріщини. При звичайному вмісті кремнію (0.2...0.5%) в метал шва вводять залізо (Fe > Si), що приводить до зв’язування Si в потрійне з'єднання Fe – Si – Al, яке входить в склад тугоплавкої перитектики. Схильність до утворення кількості гарячих тріщин утворює легкоплавку евтектику, утворюється суцільний тонкий шар рідкої евтектики навколо зерна і кількість тріщин досягає максимуму. при зварюванні Ті Титан і його сплави не схильні до утворення гарячих тріщин через малий інтервал кристалізації та підвищену міцність і пластичність в області високих температур. |
Рекомендації по вибору зварювальних матеріалів і способів зварювання міді, алюмінію, титану Сu. Мідь можна зварювати різними способами: під флюсом, шлаковими способами, газополуменевими способами, а також Е, АП,ІП,ЕП Al. Алюміній можна варити ІП Ф Ш Г П ЕП ФП. Ti. Титан можна зварювати Ф ІП Ш П ЕП ФП.Не можна Е і АП. Вибір зварювальних матеріалів Для зварювання Cu Електроди: Марки електродів: ЗТ, Комсомолець – 100 Стержні електродів виготовляють із міді М00, М0, М1 – з пониженим вмістом кисню. В склад покриття входять: CaF2 – плавіковий шпат, Al2O3, розкислювачі: FeMn, FeTi, FeSi, FeV, FeW, . При зварюванні неплавким електродом застосовують вольфрамовий або вугільний електрод, а в якості присадки використовують дроти: БрКМц3 – 1, БрХ0.7 або мідь М1. Захисні гази: 1) N2 – при зварюванні в азоті проплавлення на 20% більше ніж при зварюванні в Ar. 2) He – проплавлення на 10% більше в порівнянні з Ar. 3) Ar. 4) Суміші (Ar + He). Флюси: Марки флюсів: АН – 348А, ОСЦ – 95, АН – 20, АН – 26, АН – М1 – фторидний безкисневий флюс (55% MgF2, 40% NaF, 5% BaF2). |
3. Холодні тріщини. при зварюванні Cu При зварюванні міді холодні тріщини не утворюються. при зварюванні Al При зварюванні сплавів системи Al – Zn – Mg можливе уповільнене руйнування – утворення холодних тріщин через деякий час після зварювання, яке обумовлене дією зварювальних напружень першого роду і випаданням інтерметалідів. при зварюванні Ті При температурах 750 і вище Ті активно поглинає кисень, який взаємодіє по реакції Ті + О2 = ТіО2 з утворенням поверхневого шару великої твердості, що називається альфірованим шаром. При нагріві до температури 550 и вище титан енергійно розчинює азот, хімічно взаємодіє з ним, в результаті чого утворюються тугоплавкі нітриди: Ti + 0.5N2 = TiN 6Ti + N2 = 2Ti3N |
Для зварювання Al Електроди: Марки електродів: ОЗА – 1, ОЗА – 2. Основу покриття електродів хлористі і фтористі солі натрію та калію, кріоліт Na3AlF2. В якості неплавких електродів використовують вольфрамовий і вугільний. Дроти використовують з модифікаторами (Ti, Zr, Be), які подрібнюють структуру шва запобігають гарячим тріщинам: СвА97, СвА85Т, СвАМц, СвАМг. Захисні гази: Високої чистоти: Ar, He, суміш Ar + He. Флюси: Для зварювання алюмінію використовують фторидно – хлоридні флюси. Марки флюсів: АН – А1 (для зварювання технічного алюмінію), АН – А4 (цей флюс не містить NaCl і використовується для зварювання сплавів Al + Mg тому, що натрій може відновлюватись і при попаданні в шов викликає пори і зниження пластичності), АН – А302 (застосовують при електрошлаковому зварюванні). |
Азот, який знаходиться в титані у вигляді нітридів, підвищує його твердість і знижує пластичність. Поверхневий шар титану насичується підвищеною кількістю азоту і кисню (альфірованний шар). Попадання частинок цього шару в зварний шов приводить до окрихчення металу і утворення холодних тріщин, в зв'язку з цим перед зварюванням його повністю потрібно видалити. Потрібно обмежувати в титані кількість кисню до 0.15% і кількість азоту до 0.05%. Найбільш різко погіршує властивості титану – водень. При взаємодії титану з воднем утворюється гідрид ТіН2, який приводить до окрихчення титану і утворення холодних тріщин через довгий час після зварювання (уповільнене руйнування). Кількість водню в металі обмежують до 0.01%. |
Для зварювання Ті Електроди: Для підвищення стабільності процесу зварювання застосовують лантановані вольфрамові електроди. Присадочний дріт вибирають близьким по складу до основного металу (ВТ – 00, ВТ2св, СПТ2, ВТ20св...). Захисні гази: Ar, He (високої чистоти). Флюси: Для зварювання під флюсом і електрошлакового зварювання використовують безкисневі флюси АН – Т1, АН – Т2, основні компоненти яких – фториди (CaF2, Na2F) і хлориди (KCl, NaCl). Кількість вологи у флюсі не повинна перевищувати 0.05%. |
Особливості здатності до зварювання Cu і Al В міді кисень знаходиться у вигляді оксиду Cu2О. При взаємодії цього оксиду з воднем утворюються пари води (Cu2О + 2H ® 2Cu + H2O), що не розчиняються в міді і не можуть із неї вийти. Це приводить до виникнення великого числа мікро – тріщин. Таке явище отримало назву водневої хвороби міді. Для попередження водневої хвороби потрібно знижувати кількість водню в зоні зварювання. Алюміній має здатність активно взаємодіяти з киснем. В результаті такої взаємодії утворюється тугоплавка оксидна плівка Al2O3, яка має температуру плавлення 2054 і густину 3.8..3.9Оксидна плівка не розплавляється в процесі зварювання і заважає утворенню загальної ванни. Перед зварюванням потрібно очищати поверхню металу від плівки травленням або механічним шляхом. Для руйнування оксидної плівки використовують ефект катодного розпилення (при аргонно – дуговому зварюванні) або використовують флюси. Основу флюсів складають легкоплавкі суміші хлористих солей до яких додають невелику кількість фтористих з'єднань. Останки флюсу сприяють корозії алюмінію, тому після зварювання їх потрібно змито гарячою водою. |
Рекомендації по режимам і техніці зварювання міді, алюмінію, титану Cu. Для зварювання міді використовують потужні режими (тобто великі струми і діаметри дротів), в зв'язку з її високою теплопровідністю. Метал товщиною до 5мм зварюють з підігріванням до температури . При збільшенні товщини підігрів збільшують до температури . Зварювання виконується тільки в нижньому положенні і обов’язково на підкладках, так як мідь – це рідкотекучий матеріал. Бажано зварювати метал однакової товщини і розробку кромок робити симетрично. При зварюванні в азоті силу струму зменшують на (10...15)%, а напругу підвищують на (15...20)%. |
Al Перед зварюванням потрібно очистити кромки від оксидної плівки механічним способом, хімічним або електрохімічним травленням. Режими зварювання в 1.2...1.5 рази потужніші ніж для зварювання сталей, через високу теплопровідність алюмінію. Кут розроблення кромок a = 70...90о. При зварюванні великих товщин дуговим способом потрібно застосовувати попередній підігрів. В зв'язку з тим, що в алюмінію малий питомий опір, то довжину вильоту можна збільшити до (20...30)de. При зварюванні алюмінію можна використовувати підкладки (із неіржавіючої сталі). Ті Режими зварювання титану приблизно такі ж, як і при зварюванні сталей. Так як Ті – це метал з високим питомим опором, то виліт потрібно зменшувати до величини 5de. Негативний вплив насичення нагрітого і розплавленого металу газами потребує захисту при зварюванні не тільки розплавленого металу, але й нагрітого до температури 400 і вище. Звичайно це досягається використанням флюсів, спеціальних газових насадок, флюсових і металічних підкладок. Найкраще варити Ті в камерах з контрольованою атмосферою. Формування кореневого шва, в процесі зварювання, може проводитись без підкладки. При електрошлаковому зварюванні Ті і його сплавів використовують пластинчаті електроди. |