Особливості технології та техніки зварювання хімічно активних металів

- Для зварювання тугоплавких металів потрібно застосування джерела нагрівання з великою потужністю та високою концентрацією енергії у плямі нагріву. У зв’язку з високою Т_пл та теплопровідністю (особливо для V, Nb, Ta);

- Здатність металів активно взаємодіяти з газами викликає необхідність застосування при зварюванні ефективних засобів захисту від взаємодії з атмосферою (камери з контрольованою атмосферою);

- Обмеження вмісту домішок вкорінення у основному металі.

Для V, Nb, Ta: О₂£0,0015%;

N₂£0,015%

H₂£0,001%

C£0,1%

Для Мо: О₂£0,0002%;

N₂£0,0001%

C£0,003%

- Найбільш розповсюджені типи зварних з’єднань: стикові без розробки кромок, тонкий метал з відбортовкою. З’єднання в нахлест та таврові з’єднання застосовуються дуже рідко.

Висока точність збирання зварних стиків (зміщення кромок £ ±50 – 75 мкм).

Підготовка до зварювання:

Включає в себе механічну обробку зварних кромок та наступне хімічне травлення в сумішах кислот (HF, HNO₃, H₂SO₄ ...)Потім промивка у воді та просушування. Безпосередньо перед зварюванням знежирюють спиртом. Особливості механічної обробки W, Cr, Mo – не виключена можливість розшарування та розтріскування. Збирання та зварювання – у білих перчатках.

При дотримуванні технічних вимог зварювання V, Nb, Ta мають гарну зварність, Cr, Mo, W – обмежену. Струменева форма захисту застосовується обмежено у зв’язку з ненадійним захистом від домішок - газів.

Найбільш розповсюджене зварювання неплавким електродом у камерах з контрольованою атмосферою, що виконується в ручну, або автоматичне. Застосовуються накидні камери з місцевим захистом проточним інертним газом.

Перед заповненням камери газ підлягає очистці (силікагель, Ті стружка нагріта до 1000 ⁰С). Підготування камери вимагає вакуумування, продувки та заповнення її інертним газом – Ar або He.

Зварювання в Не дозволяє застосовувати струми у 1,5 рази менші, ніж в Ar.

В основному зварюють товщини 0,5 (0,2) – 2 (3) мм. Частіше всього без присадкового дроту, зазор не більше 0,15 мм, зміщення кромок £ 0,1 мм для S=1-2 мм.

При S=3-4 мм застосовують присадковий матеріал такого ж хімічного складу, що і основний метал або з Л.Е.

ІП – іноді зварюють Мо S³3 мм, діаметром електроду 1- 1,2 мм на зворотній полярності у гелії.

ЕП – найбільш перспективний спосіб зварювання тугоплавких металів, так як забезпечує найкращій захист від газів та вузьку зону розплавлення і ЗТВ, що викликає малі деформації.

При ЕП вакуум 10^-5 – 10^-4 мм рт. ст. Велике значення має можливість попередньої зачистки металів дегазацією у вакуумі.

Можна зварювати S = 0,3 (12) – 100 мм. Використовують зварювання сфокусованим, імпульсним та розфокусованим променем (менше тріщин та прожогів). При зварювання W S=3-4 мм ЕП – являється єдиним способом, який забезпечує сприятливе співвідношення h/e (дугове зварювання W виконують в Не).

Контактне зварювання

Застосовують точкове та шовне зварювання із захистом зони зварювання інертним газом. Недолік – підправлення електродів.

Застосовують покриття зварних деталей графітом, проміжні прокладки з тугоплавких металів (Мо).

Дифузійне зварювання

Установка СДВУ-2 з нагрівом індукційним способом.

Для Nb: Т=1250 ⁰С, р=14,7 МПа, t=5 хв, вакуум 10^-5 мм рт. ст.

Застосовуються проміжні прокладки (Ni) для зниження температури зварювання. Для W – Т>1300⁰С – нагрів ЕП.

Термообробка

Підвищенню якості зварного з’єднання можуть сприяти попередній відпал та підігрів основного металу, а також наступній відпал зварного з’єднання.

Відпал зварного з’єднання перед зварюванням знижує ступінь його неоднорідності та напруження, а у ряді випадків (при віджигу у вакуумі) зменшує вміст домішок вкорінення.

Для Мо Т_{відпалк} = 857 – 900 ⁰С.

Попередній підігрів (для Мо Т = 200 – 500 ⁰С, для W Т = 300 – 600 ⁰С), а також супутній підігрів до 600 – 650 ⁰С сприяє зниження крихкості з’єднань, вносять зміни в термічні цикли зварювання, завдяки чому зменшується схильність до утворення тріщин.

Недоліки такої термообробки – дифузійний перерозподіл домішок, їх з’єднання випадають на границях зерен, утворення вторинних фаз. Тому необхідність попереднього підігріву встановлюється у кожному окремому випадку (тип сплаву, його чистота, товщина, вид зварного з’єднання, закріплення).

Відпал після зварювання використовують для зняття остаточних напружень та поліпшення структури (для Мо Т = 1000 ⁰С, для W Т = 1800 ⁰С (1250 ⁰С)

Розділ 2. Технологія зварювання матеріалів в різнорідних сполученнях

Тема 7. Технологія зварювання різнорідних металів