Cbapkа магния и его сплавов, сварка титана и его сплавов

Магний в чистом виде из-за малой коррозионной стойкости и малой прочности для сварных конструкций непригоден. В качестве конструкционного материала применяют сплавы магния с алюминием, марганцем, церием и др. Из всех конструкционных материалов магниевые сплавы отличаются наименьшей плотностью (в 4 раза меньше, чем у стали), что обуславливает их применение для конструкций, у которых масса является основным показателем. В отличии от алюминиевых сплавов на основе магния и их сварные соединения имеют меньшую пластичность. Плотность магния 1,739г/см³, Т_пл=651°С, Т_кп=1107°С.

Маркируют магниевые сплавы буквой М с другой рядом стоящей буквой А для обрабатываемых сплавов и Д для литейных сплавов.

Предел прочности сплавов МА1, MA8, легированных в основном мар­ганцем (1,3-2,5%) достигает 21-23 кгс/мм² при относительном удлинении 10% и условном пределе текучести 9-11 кгс/мм². Предел прочности сплавов марок МА2, МА21, М3 и М5 более сложнолегированных (до 9%, 1,5% и 0,8%) достигает 26 -30 кгс/мм², предел текучести 14 -15 кгс/мм², относительное удлинение 5-8%. Прокат из сплавов этого типа используют в отожженном состоянии.

Сплавы магния MЛ-4, МЛ-5 используют для получения отливок. Сваркой устраняют дефекты литья. Эти сплавы имеют повышенную склонность к образованию в швах горячих трещин, пор и усадочных рыхлот. Сплавы на основе магния активно окисляются на воздухе. Пленка собственных
окислов магния рыхлая. Поэтому поверхность магниевых сплавов искусственно
защищают пленкой из солей хромовой кислота. Поэтому перед сваркой
с кромок и прилегающей поверхности (на ширину до 30 мм) травлением
или механическим путем тщательно удаляют защитную пленку, окислы и др. После сварки защитную пленку вновь наносят.

Сплавы магния применяются в авиастроении, ракетостроении, судостроении, для изготовления различных емкостей под керосин, минеральные масла.

Трудности сварки магния

1. Образующаяся при сварке тугоплавкая пленка окисла магния (Т_пл= 2500°С) затрудняет процесс сварки. Для ее разрушения необхо­димо применять флюс, либо использовать эффект катодного распыления при сварке вольфрамовым электродом в среде инертных защитных газов (ток переменный).

2. Склонность к образованию кристаллизационных трещин связана с возможностью образования легкоплавких эвтектик MgCu (Т_пл=485°C), MgAl (Т_пл=436°С) и MgNi (Т_пл=508°С). Поэтому начало и конец свар­ных швов необходимо располагать на выводных планках.

3. Склонность сплавов, особенно содержащих марганец, к pосту зерна металла в зоне термического влияния не допускает значительный
перегрев металла.

4. Повышенное поглощение газов жидким металлом порождает склон­ность его к образованию пор, что также требует надежной защиты зоны сварки от окружающего воздуха.

5. Высокий коэффициент линейного расширения магниевых сплавов приводит к значительному короблению сварных конструкций.

Основной способ сварки магниевых сплавов - дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитных газов. Сварку в среде инертных газов (аргоне и гелии) ведут вольфрамовым лантанированным или итрированным электродом на переменном токе. Присадочная проволока по составу близка к основному металлу.

Сварка осуществляется для любых видов соединения. Для предупреждения попадания в металл окисной пленки с обратной стороны кромок сварку следует вести с полным проплавлением кромок, на подкладках из металлов с малой теплопроводностью.

Длину дуги поддерживают минимальной (1,0-1,5 мм) так как в этом случае обеспечивается энергичное разрушение окисной пленки за счет катодного распыления и улучшается защита зоны сварки. При аргонодуговой сварке прочность сварного соединения по сравнению с проч­ностью основного металла достигает 85-90%.

Сварка титана и его сплавов

Титан относится к легким металлам (плотность 4,505 г/см³, Т_пл= 1668°С). Основное преимущество титана перед другими конструкционными металлами: сочетание легкости, прочности и коррозионной стойкости. Титановые сплавы по абсолютной, а тем более по удельной (т.е. проч­ности, отнесенной к плотности) превосходят большинство сплавов на основе других металлов (железа, никеля) при температурах от 250 до 550°С, а по коррозионной стойкости сравнимы со сплавами благородных металлов.

Титан обладает высокой прочностью до температур 450-500°С при малой плотности, высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах.

Титан в последнее время часто применяется в сварных конструкциях.

Чистый титан находит ограниченное применение (только в радио­электронике).

Технический титан содержит примеси внедрения, в том числе газы - кислород, азот и водород, которые в разной степени повышают прочность и снижают пластичность и вязкость металлов. В сварных швах газы вызывают образование холодных трещин.

Раздельное или совместное легирование технического титана неболь­шими добавками некоторых элементов (Al 3-6,5%,Mn до 2%, V 3,5-4,5%, Cr до 2,5%, Sn 2-3%) значительно увеличивает его прочность (до 1000-1400 МПа)при достаточной пластичности. Титан имеет полиморфное превращение при температуре 882°С и две аллотропические формы: α -титан с гексагональной решеткой при температуре до 882°С иβ-титан с объемно-центрированной решеткой при температурах выше 882°С.

Ряд элементов (алюминий, олово, азот, кислород) повышают температуру полиморфного превращения, расширяют область α –титана и на зываются α-стабилизаторами. Элементы - молибден, ванадий, марганец, хром, способствуют сохранению при нормальной температуре высокотемпературной структуры β - титана и называются β - стабилизаторами. В зависимости от комбинаций легирующих компонентов сплавы титана могут быть α-сплавами, β-сплавами и α+β-сплавами.

Технический титан - (марки ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ1-1) и однофазные (α-фаза) сплавы титана не упрочняются в результате термообработки. Двухфазные и однофазные метастабильные β-сплавы титана воспринимают упрочняющую термообработку, состоящую из закалки с последующим отпуском (старением).

Трудности при сварке титана

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 альфированным 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 поверхностном слое - альфированном. 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. Хотя с увеличением температуры содержание водорода падает, водород, находящийся в твердом пересыщенном растворе выделяется и образует отдельную фазу - гидриды 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 термическому циклу сварки -склонность 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. Низкая теплопроводность оказывает влияние и на форму шва - шов имеет характерную конусообразную форму с малым что вызывает необходимость для некоторых конструкций наложения галтельных швов, либо перехода к сварке в гелии.

Удельное электросопротивление ти­тана примерно в 4 раза больше, чем у железа, поэтому вылет плавящегося электро­да должен быть относительно небольшим.

Швы, сваренные на техническом титане инизколегированных α-сплавах, имеют крупно-кристаллическую структуру. Для металла шва и ОШЗ характерна микроструктура игольчатой α-фазы, образование ко­торой связано с превращением высокотемпературной α-фазы при быстром остывании. Игольчатость фазы свидетельствует о мартенситной кинетике превращения. Структурные участки ОШЗ на титане аналогичны таким же участкам на стали. Непосредственно к металлу шва примыкают участки крупного зерна или перегрева, затем следуют участки полной перекристаллизации с увеличенными размерами зерен по сравнению с основным металлом. ОШЗ очерчена ярко выраженной границей с не изменившим микроструктуру основным металлом.

Важным условием предотвращения охрупчиванияметалла шва и около шовной зоны с мартенситоподобной игольчатой микроструктурой является обеспечение чистоты металла и выбор режимов сварки с оптимальным термическим циклом.

Термообработку сварных соединений из титана и его сплавов проводят с целью снятия остаточных напряжений (нагрев до 650°С, время выдержки 30-40 мин, остывание с печью) и для сварных соединений из титана повышенной прочности (двухфазные термические упрочняемые сплавы) с целью увеличения пластичности (нагрев до 800-950°С с последующим непрерывным остыванием).

Основные способны сварки титана - дуговая сварка в среде инертных газов, под флюсом, электрошлаковая и электронным лучом.

Дуговая сварка титана и его сплавов в среде инертных газов может быть осуществлена неплавящимся и плавящимся электродом. Применяют аргон только высшего сорта по ГОСТ 1015-73 или гелий высокой частоты. Сварку выполняют с использованием удлиненных насадок на сопле (длиной до 500 мм) с подачей газа с обратной стороны через специальные под­кладки, а также в камерах с контролируемой атмосферой. Сварка на постоянном токе прямой полярности.

Титан небольшой толщины (до 4 мм) вольфрамовом электродом сваривают на обычных установках для автоматической аргонодуговой сварки неплавящимся электродом с присадкой и без. Присадка подается при толщинах более 1,5 мм. Сварка без присадки обеспечивает равнопрочность сварного соединения с основным металлом. При подаче прутка его нагре­тая поверхность адсорбирует некоторое количестве газов атмосферы, что приводит к снижению пластичности шва на 40-50%.

При толщинах более 4 мм применяют V, X и рюмкообразную разделку.

Для увеличения глубины проплавления при сварке вольфрамовым электродом применяют флюсы-пасты типа АН-ТА, которые наносят тонким слоем на поверхность кромок. Они позволяют без разделки кромок сваривать металл толщиной до 12 мм на меньших, чем при обычных способах, сварочных токах. Эта технология снижает деформациисварных конструкций и уменьшает пористость швов и способствует частичному рафинированию металла шва.

Дата добавления: 2014-10-22