ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Подготовка под сварДуговая сварка в защитных газах из "Сварка Резка Контроль Справочник Том2 " Титан относится к четвертой группе периодической системы элементов. Его атомный номер 22, относительная атомная масса 47,9, Гпл = 1668 С. Он имеет аллотропические модификации высокотемпературную P-Ti с объемно-центрированной кубической решеткой и низкотемпературную а-Т1 с гексагональной плотноупакованной. Температура полиморфного превращения титана а Р в равновесных условиях 882,5 °С. Плотность а-Т1 (4,506... 4,56 г/см ) выше плотности Р-Т1 (4,471 г/см при 400 °С), поэтому превращение высокотемпературной фазы в низкотемпературную а Р сопровождается в отличие от сталей уменьшением объема (-0,13 %) и не дает достаточно сильного внутрифазного наклепа. [c.124] Легирующие элементы по влиянию на полиморфизм титана (температуру превращения, растворимость, стабилизацию той или иной фазы) могут быть разделены на следующие группы а-стабилизаторы Р-стабилизато-ры нейтральные упрочнители (цирконий, гафний, олово), мало влияющие на температуру полиморфного превращения (рис. 11.1). [c.124] Р-стабилизаторы делятся на две основные группы изоморфные, неограниченно растворяющиеся в Р-фазе (ванадий, тантал, молибден, вольфрам, ниобий), и эвтекгоидообразующие, обладающие большей, но ограниченной растворимостью в Р-фазе, чем в а-фазе. К их числу относятся (в порядке повышения температуры эвтектоидного превращения и жаропрочности) марганец, железо, хром, кобальт, никель, медь, кремний, а также свинец, бериллий, золото, серебро и др. При определенных концентрациях и температурных условиях эвтек-тоидообраз)тощие Р-стабилизаторы образуют с титаном интерметаллидные соединения вследствие эвтектоидного превращения, при котором Р-фаза распадается на а- и у-фазы. По интенсивности стабилизации Р-фазы элементы можно расположить в следующем порядке железо, марганец, хром, молибден, ванадий, ниобий, тантал. При содержании в титане Р-стабилизирующих элементов больше критического (в %) 12 Мо 15 V 8 Сг 4 Мп 6,5 Fe -Р-фаза может быть зафиксирована при 20 °С. [c.124] В зависимости от содержания а-стабили-заторов (А), Р-изоморфных (Вц) и эвтектоид-ных (Вз) стабилизаторов и нейтральных упроч-нителей (N) типы титановых сплавов сводятся к следующим Ti - А, Ti - А - N Ti - А - Вз Ti- А - B ,Ti - А - В - By ,Ti - А - В - N Ti-A-B -B -N.B зависимости от стр)тсту-ры в нормализованном состоянии титановые сплавы подразделяют на такие классы (табл. 11.18) а-сплавы (а + Р)-сплавы Р-спла-вы, структуры которых представлены соответственно а-фазой а- и Р-фазами механически стабильной Р-фазой. [c.124] Примечание. К, - отношение содержания (3-стабилизатора в рассматриваемом сплаве к его содержанию в двойном сплаве критического состава (т.е. к минимальному содержанию Р-стабилизатора в сплаве, который может закаливаться на 100 % Р-фазы). [c.125] По гарантированной прочности титановые сплавы подразделяют на малопрочные высокопластичные с Ств 700 МПа среднепрочные с Ов 750... 1000 МПа высокопрочные с 0в 1000 МПа. [c.126] Применяют деформируемые и литейные сплавы. В табл. 11.18 представлены деформируемые сплавы, используемые для сварных конструкций. Разрабатываются новые сплавы со специальными свойствами (жаропрочные, хладостойкие, коррозионно-стойкие) на основе комплексного легирования. Например, из серии а-сплавов типа СТ, имеющих высокую жаропрочность, специальными свойствами обладают сплавы типа ИРМ. [c.126] Механические свойства и структура титана и его сплавов зависят от примесей, которые разделяются на две группы внедрения -Ог, N2, С, являющиеся а-стабилизаторами, и Н2 - Р-стабилизатор замещения - Ре, 81 (для титана). Влияние примесей внедрения значительно сильнее. Кислород снижает пластические свойства в области малых концентраций (до 0,1 %) в интервале концентраций 0,1...0,5 % он относительно мало влияет на изменение пластичности, но при больших содержаниях ( 0,7 %) титан полностью теряет способность к пластическому деформированию. Азот охрупчивает титан в еще большей степени, при содержании его 0,2 % наступает хрупкое разрушение. Углерод влияет в меньшей степени, чем кислород и азот. Водород - вредная примесь в титановых сплавах. Растворимость водорода в титане при эвтектоидной температуре составляет 0,18 %, но с понижением температуры резко падает ( 0,0007 %), что приводит к выделению вторичных гидридов, преимущественно по плоскостям скольжения и двойнико-вания. Хрупкость, низкая прочность, пластинчатая форма гидридов и значительный положительный объемный эффект при образовании гидридов (-15,5 %) - причины резкого охрупчивания титана при наводороживании. [c.126] Массовая доля примесей в сплавах титана допускается в следующих пределах, в % 0,15...0,20 О2 0,05 N2 0,006...0,01 Н2 0,1 С 0,25...0,30 Ре 0,15 81 сумма прочих примесей 0,3 %. Допустимое содержание примесей в техническом титане несколько меньше. [c.126] Пластичность с сохранением высокой прочности повышают технологическими приемами, например электромагнитным перемешиванием расплава и применением колеблющегося электронного луча, что измельчает структуру а-фазы и уменьшает внутризеренную неоднородность. Необходимые свойства сварных соединений термоупрочняемых (а + Р)-тита-новых сплавов получают после закалки и старения. [c.126] При сварке титановых сплавов у сварных соединений наблюдается склонность к замедленному разрушению, причиной которого является повышенное содержание водорода в сварном соединении в сочетании с растягивающими напряжениями первого рода (остаточными сварочными и от внешней нагрузки). Влияние водорода на склонность к трещинооб-разованию возрастает при увеличении содержания других примесей (кислорода и азота) и вследствие общего снижения пластичности при образовании хрупких фаз в процессе охлаждения и старения. Отрицательное влияние водорода при трещинообразовании - результат гид-ридного превращения и адсорбционного эф-фекга снижения прочности. Наибольшее влияние водород оказывает на а-сплавы в связи с ничтожной растворимостью в них водорода ( 0,001 %). Растворимость водорода в Р-фазе значительно выше, поэтому сплавы, содержащие Р-фазу, менее чувствительны к водородному охрупчиванию вместе с тем повышенная растворимость водорода в Р-фазе увеличивает опасность наводороживания. Склонность к растрескиванию увеличивается при повышенном содержании водорода в исходном материале насыщении водородом в процессе сварки (из-за недостаточно тщательной подготовки сварочных материалов, свариваемых кромок и т.д.) насыщении водородом в ходе технологической обработки сварных соединений и эксплуатации. [c.126] Поры в сварных соединениях, которые чаще располагаются в виде цепочки по зоне сплавления, снижают статическую и динамическую прочность сварных соединений. Их образование может вызываться попаданием водорода вместе с адсорбированной влагой на присадочной проволоке, флюсе, кромках свариваемых изделий или из атмосферы при нарушении защиты. Перераспределение водорода в зоне сварки в результате термодиффузионных процессов при сварке также может привести к пористости. Растворимость водорода в титане уменьшается с повышением температуры. Поэтому в процессе сварки титана водород диффундирует от зон максимальных температур в менее нагретые области, от шва - к основному металлу. Важнейшими мерами борьбы с порами, вызванными водородом при высококачественном исходном материале, является тщательная подготовка сварочных материалов, в частности прокалка флюса, применение защитного газа гарантрфованного качества, вакуумная дегазация и зачистка перед сваркой сварочной проволоки и свариваемых кромок (удаление альфированного слоя травлением и механической обработкой, снятие адсорбированного слоя перед сваркой щетками или шабером, обезжиривание), соблюдение защиты и технологии сварки. В сварном шве поры могут образоваться вследствие задержания пузырьков инертного газа кристаллизующимся металлом сварочной ванны при сварке титана в среде защитных газов захлопывания микрообъемов газовой фазы, локализованных на кромках стыка, при совместном деформировании кромок в процессе сварки химических реакций между поверхностными загрязнениями и влагой и т.д. [c.127] Высокий коэффициент поверхностного натяжения титана в сочетании с малой вязкостью в расплавленном состоянии увеличивает опасность прожогов и вызывает необходимость более тщательной сборки деталей под сварку по сравнению с деталями из сталей. [c.127] Основная проблема свариваемости титановых сплавов -. получение сварных соединений с хорошей пластичностью, зависящей от качества защиты и чувствительности металла к термическому циклу сварки. Заметное насыщение металла шва кислородом, азотом и водородом в процессе сварки происходит при температурах 350 °С. Это резко снижает пластичность и длительную прочность сварных конструкций. Поэтому зона сварки, ограниченная изотермой 350 °С, должна быть тщательно защищена от взаимодействия с воздухом, в среде инертных защитных газов (аргона или гелия) высокой чистоты под специальными флюсами, в вакууме. Сварка без защиты возможна при способах сварки давлением, когда благодаря высокой скорости процесса и вытеснению продуктов окисления при давлении (контактная сварка) или отсутствии высокого нагрева (ультразвуковая сварка) опасность активного взаимодействия металла в зоне сварки с воздухом сводится к минимуму. [c.128] Основной критерий выбора технологии сварки, исходя из оптимальных механических свойств, - оптимальный интервал скоростей охлаждения АсОохл в котором степень снижения уровня пластических свойств ОШЗ оказывается наименьшей. Поэтому сварку а- и псевдо а-сплавов целесообразно проводить при минимальных погонных энергиях (а + Р)-спла-вы со средним количеством Р-фазы характеризуются резким снижением пластических свойств в широком интервале скоростей охлаждения вследствие неблагоприятного сочетания а -, со- и Р-фаз. Вне этого интервала пластичность увеличивается при малых скоростях в результате уменьшения количества Р-фазы, при высоких - за счет ее увеличения. Эти сплавы целесообразно сваривать на мягких режимах с малыми скоростями охлаждения. [c.128] Высоколегированные (а + Р)-сплавы с высоким содержанием Р-фазы (ВТ 16) или сплавы со структурой метастабильной Р-фазы целесообразно сваривать на режимах, обеспечивающих среднюю и высокую скорости охлаждения. [c.128] Качество сварных соединений во многом определяется технологией подготовки кромок деталей и титановых проволок под сварку. Подготовительные операции выбирают в зависимости от исходного состояния заготовки. [c.128] Плоские листовые заготовки, нарезанные ножницами, детали простой формы, изготовленные холодной штамповкой и т.п., подготавливаются под сварку механической обработкой кромок (пятый-шестой классы чистоты). [c.129] Свариваемые детали разрезают механическим путем. В качестве предварительного метода разрезки с последующей механической обработкой кромок может быть использована также газовая и плазменная резка. Газовую резку титана проводят на повышенной по сравнению со сталью скорости при одновременном снижении мощности подогревающего пламени из-за более интенсивного выделения теплоты в зоне реза. Сварные соединения, выполненные непосредственно после газовой сварки, имеют низкую пластичность и склонны к растрескиванию в условиях напряженного состояния. Удаление поверхностного слоя после газовой резки механическим путем на глубину 1 мм позволяет получить высококачественное сварное соединение. [c.129] Принципиально разделка кромок при сварке титановых сплавов не отличается от разделок, применяемых для сталей. В зависимости от толщины свариваемого металла сварку проводят без разделки, с V-, П-, X- и рюмкообразными разделками, а также применяют замковые соединения. Сварку деталей из титановых сплавов выполняют после того, как снимут газонасыщенный (альфированный) слой. Такой обработке должны быть подвергнуты детали, изготовленные пластической деформацией (поковки, штамповки и т.д.), а также детали, прошедшие термическую обработку в печах без защитной атмосферы. [c.129] Вернуться к основной статье