Проблемы свариваемости

Основной трудностью присварке титана является его высокая химическая активность по отношению к газам при нагреве и расплавлении. При температурах 350°С и выше титан активно поглощает кислород с образованием структур внедрения, имеющих высокую прочность, твердость и малую пластичность. Кислород стабилизирует α-фазу за счет образования TiO₂ (рутила) с образованием поверхностного слоя большой твердости, который называется альфированым слоем.

При температурах 550°С и выше титан энергично растворяет азот с образованием малопластичных фаз внедрения - нитридов TiNи Ti₃N. Азот, находящийся в титане в виде нитридов и элементов внедрения, повышает твердость и снижает его пластичность. Концентрируется в альфированом поверхностном слое . Попадание частиц этого слоя в сварной шов приводит к охрупчиванию металла и образованию холодных трещин, поэтому перед сваркой его необходимо удалять.

Водород даже прималом содержании наиболее резко ухудшает свойства титана. Он образует отдельную фазу – гидрид титана (TiH₂), которая сильно охрупчивает титан и способствует образованию холодных трещин через длительное время после сварки (замедленное разрушение). Кроме тог, водород способствует образованию пор. Допустимое содержание водорода - до 0,015%. Для снижения содержания водорода сварочную проволоку подвергают вакуумному отжигу.

Титан и его сплавы чувствительны к росту зерна при нагреве до высоких температур, особенно в области β-фазы. Низкая теплопроводность титана способствует увеличению времени пребывания шва и ОШЗ при высоких температурах. Например, время пробивания ОШЗ на титане выше температуры превращения превосходит аналогичный параметр для стали в 2,5-З раза. Чтобы преодолеть указанное затруднение, сварку выполняют при мини­мально возможней погонной энергии.

a- и псевдо-a-сплавы титана удовлетворительно свариваются различными способами сварки плавлением в широком диапазоне скоростей охлаждения. Наилучшие характеристики пластичности достигаются при средних и относительно высоких скоростях охлаждения (при содержании газов ниже допустимой нормы). Для металла шва и ОШЗ характерна микроструктура игольчатой α¢-фазы, образование ко­торой связано с мартенситным превращением высокотемпературной b-фазы при быстром остывании (рис.7.3).

Рис.7.3. Микроструктура металла шва сплава ВТ5 (×300)

При сварке сплавов, содержащих свыше 3% b-стабилизаторов, металл шва уступает основному металлу по пластичности и более склонен к образованию трещин. Для обеспечения равнопрочности сварного соединения при сварке необходимо применять присадочные материалы, отличные от основного металла.

На рис. 7.4. приведены микроструктуры металла швов сплава ВТ6, сваренного различными проволоками.

Рис. 7.4. Микроструктура сварных швов сплава ВТ6 (×300)

а – проволока ВТ1; б – ВТ5-1; в – ВТ-6; г – ВТ14

Структура шва, сваренного проволокой из технически чистого титана ВТ1, аналогична по структуре шва полученного с использованием a- сплава ВТ5-1. Однако игольчатая a¢-фаза в первом случае имеет большие линейные размеры и несколько тоньше. При сварке двухфазной проволокой ВТ6 иглы a¢-фазы тоньше и короче, а на их границах залегают тонкие прослойки b-фазы, различимые только в электронный микроскоп. При сварке проволокой ВТ14 количество b-фазы растет, дисперсность игл a¢-фазы увеличивается, а по границам зерен выпадает a-фаза.

В процессе проведения работы планируется сравнить сварные соединения сплава ВТ6, сваренного различными проволоками неплавящимся электродом в среде аргона. Оценка пластичности металла шва и ЗТВ производится по результатам замера твердости. Предусматривается также металлографический анализ.

Оборудование

1) Пост аргонодуговой сварки на базе выпрямителя ВД-306.

2) Раскройный стенд.

4)Установка для изготовления шлифов.

5) Твердомер ТК-2

7) Металлографический микроскоп МИМ-7.

8) Цифровой фотоаппарат

Материалы

1) Вольфрамовые электроды Æ4,0 мм

2) Проволоки Æ1,6¸2,0 мм марок ВТ1, ВТ 5-1, ВТ6, ВТ14.

3) Заготовки из сплава титана ВТ6 4×40×60 мм.

4) Набор шлифовальных бумаг.

5) Травитель шлифов (плавиковая кислота )

6) Аргон марки А.

Поиск по сайту: