рефераты скачать
 
Главная | Карта сайта
рефераты скачать
РАЗДЕЛЫ

рефераты скачать
ПАРТНЕРЫ

рефераты скачать
АЛФАВИТ
... А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

рефераты скачать
ПОИСК
Введите фамилию автора:


Дипломная работа: Процесс сварки вольфрамовым электродом в аргоне с присадочной проволокой титанового сплава ОТ4

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.

Принципиально разделка кромок при сварке титановых сплавов не отличается от разделок, применяемых для сталей. В зависимости от толщины свариваемого металла сварку производят без разделки, с V-, U-, X- и рюмкообразными разделками, а также применяют замковые соединения.

Сварку деталей из титановых сплавов производят после того, как снимут газонасыщенный (альфированный) слой. Такой обработке должна быть подвергнуты детали, изготовленные методом пластической деформации (поковки, штамповки и т.д.), а так же детали, прошедшие термическую обработку в печах без защитной атмосферы. Удаление альфированного слоя с применением с применением травителей предусматривает:

а) предварительное рыхление альфированного слоя дробеструйной или пескоструйной обработкой;

б) травление в растворе, содержащем 40% HF, 40%HNO3, 20%H2O или 50% HF, 50%HNO3; увеличение травления выше оптимального (более 25с) приводит к взрыхлению поверхностных слоев металла, повышенной сорбции ингредиентов среды и увеличению порообразования при сварке;

в) последующую зачистку кромок на участке 10-3-1,5•10-3 м с каждой стороны металлическими щетками или шабрением для удаления толстого слоя металла, насыщенного водородом при травлении.

Перед началом сборочно-сварочных работ необходимо очистить детали от загрязнений металлической щеткой и обезжирить органическим растворителем. В качестве органических растворителей можно использовать ацетон и бензин. Технология обезжиривания рекомендуется следующая: промывка свариваемых кромок и прилегающих к ним поверхностей на ширину не менее 2•10-2 м бензином и последующая промывка этиловым спиртом – рентификантом или ацетоном.

При сварке конструкций из титана под сварку необходимо соблюдать следующие особенности:

а) в связи с жидкотекучестью и высоким коэффициентом поверхностного натяжения расплавленного титана необходимо более высокое качество сварки;

б) недопустимы правка и подготовка деталей с использованием местного нагрева газовым пламенем;

в) правка и подготовка деталей в холодном состоянии затруднено в связи со значительным пружинением титана;

г) необходима надежная защита металла шва при сварке плавлением от доступа воздуха с обратной стороны шва при выполнении прихвата.

В качестве присадочных материалов при сварке титана плавлением используют холоднотянутую проволоку и прутки, изготовленные из листового металла. Выбор сварочной проволоки определяется условиями сварки и эксплуатации конструкций. Состав проволоки должен быть близок к составу основного металла. Сварочную проволоку из титана и его сплавов изготавливают диаметром 8•10-4-7•10-3 м. проволоку подвергают вакуумному отжигу.

При соблюдении рассмотренных требований к качеству исходного материала, подготовки под сварку, технологии сварки свариваемость сплавов титана можно характеризовать следующим образом. Высокопластичные малопрочные титановые сплавы (в<700МПа), ОТ4-0, ОТ4-1, АТ2; а также технический титан ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ-1 обладают хорошей свариваемостью всеми приемлемыми для титана видами сварки; прочность и пластичность сварных соединений близкие к прочности и пластичности основного металла.

Свариваемость титановых сплавов средней прочности (в=700-1000МПа) различна. Сплавы ОТ4, ВТ5, ВТ5-1, 4201 (β- сплавов) обладают хорошей свариваемостью различными методами; механические свойства сварных соединений также близки к механическим свойствам основного металла. Сплавы АТ3,ВТ4, АТ4, СТ5, ВТ20, ОТ4-2 обладают худшей свариваемостью, однако прочность и пластичность сварных соединений снижается на 5-10% по сравнению с прочностью и пластичностью основного металла. Сплав ВТ6С обладает удовлетворительной свариваемостью при сварке плавлением и контактной сварке. Предел прочности сварного соединения, выполненного сваркой плавлением, не менее 90% предела прочности основного металла.

Большинство высокопрочных сплавов обладает удовлетворительной свариваемостью. Сплавы ВТ16,ВТ23,ВТ15,ТС6 предназначены для применения в термически упрочненном состоянии, сплавы ВТ6, ВТ14, ВТ3-1 и ВТ22 - как термически упрочненном, так и в отожженном состоянии. Оптимальные свойства сварных соединений достигаются после термической обработки.

Для металла и его сплавов, а также сварных соединений применяют в основном следующие виды термической обработки: а) отжиг, б) закалку, в) старение [2]. В конструкциях титановые сплавы можно использовать в состоянии после прокатки или отжига или в состоянии после упрочняющей термической обработки. Упрочнение титановых сплавов с помощью термической обработки достигается в отличии от сплавов на основе сталей преимущественно за счет дисперсного твердения и старения.

Отличие заключается в нагреве до определенных температур, выдержке и охлаждении на воздухе для стабильных сплавов и с печью для высоколегированных.

Термически стабильные сплавы (титаны, α- и псевдо α-сплавы) и их сварные соединения подвергают отжигу первого рода, (до температур выше температуры рекристаллизации сплава) для снятия остаточных сварочных напряжений (773-873К, вершина 0,5-1,0ч) и для правки тонкостенных конструкций, которые для этой цели выдерживают в местных приспособлениях уш 873-923К в течении 0,5-1 ч.

Отжиг (α+β) сплавов и их сварных соединений сочетает элементы отжига первого рода, основанного на рекристализационных процессах и отжига второго рода, основанного на фазовой нерекристализации. Для этих сплавов кроме простого применяют рекристализационный отжиг. Он заключается в нагреве сплава при сравнительно высоких температурах, достаточных для изготовления рекристализационных процессов, охлаждения до температур, обеспечивающих высокую стабильность β- фазы (ниже температуры рекристаллизации), и выдержке при этой температуре с последующим охлаждением на воздухе.

При упрочняющей термической обработке α+β –сплавов и метастабильных β –сплавов перед сваркой основной металл этих сплавов подвергают закалке или отжигу, а после сварки – закалке и старению.

Для сварки титана в промышленности применяют, автоматическую, полуавтоматическую и ручную сварку неплавящимся электродом, непрерывно горящей и импульсной дугой и автоматическую и полуавтоматическую сварку плавящимся электродом. Для сварки титана могут быть использованы стандартное сварочное оборудование, снабженное дополнительными устройствами для защиты зоны сварки, а также специализированные сварочные гдилки и установки. Для защиты зоны дуги и расплавленной ванны необходимо использовать аргон высшего сорта

(ГОСТ 10157-79). Для защиты остывающей части шва и обратной стороны шва неответственных изделий допускается использование аргона второго сорта. Гелий и его смеси с аргоном целесообразно использовать при дуговой сварке плавящимся электродом больших (8•10-3-10-2). При сварке в гелии необходимый для защиты сварочной ванны расход газа в два-три раза больше , напряжение на дуге в 1,4-1,6 раза выше, а ширина зоны расплавления в 1,4 раза больше, чем при сварке в аргоне [10].

Защита зоны сварки может быть местной и общей. При местной защите защищается зона металла нагретого до температур начала активного поглощения газов, ограниченная изотермой 623-673К, с лицевой и обратной стороны шва.

Общая защита сварного соединения и изделия в целом осуществляется при сварке в камерах с контролируемой атмосферой и в специализированных боксах с обеспечением в них условий для работы сварщиков. Камеры вакуумируются до 10-2-10-4 мм рт.ст., после чего их заполняют инертным газом с избыточным давлением 0,1-0,3 кгс/см2. основное требование, предъявляемое к камерам с контролируемой атмосферой, - возможность создания и поддержания в процессе сварки заданной чистоты инертной среды. Последнее реализуется использованием газовой очистки в процессе сварки по замкнутому циклу: камера-компрессор-система химической очистки-камера. При наличии примесей в атмосфере камеры не выше их содержания в аргоне высшего сорта обеспечиваются необходимая пластичность, прочность и коррозионная стойкость металла сварных соединений.

Местные защитные камеры используют с вакуумированием и без предварительного вакуумирования. В последнем случае для вытеснения воздуха и качественной защиты необходима продувка камеры 5-10 кратным объемом инертного газа. улучшение условий защиты металла, нагретого до температур активного поглощения газов, достигается применением мер, обеспечивающих интенсивный теплоотвод из зоны сварки (медные водоохлаждаемые подкладки и накладки, охлаждающие ванны) и предупреждающих контакт нагретой поверхности с воздухом (подкладки, накладки, покрытия и т.д.).

Аргонодуговую сварку непрерывно горящей дугой производят на постоянном токе прямой полярности от стандартных источников питания. При толщине металла до 3-4 мм сварку выполняют за один проход, при большей толщине требуются многопроходная сварка. Увеличение глубины проплавления и производительности сварки достигается при использовании способа сварки проникающей (заглубленной) дугой при принудительном погружении дуги ниже поверхности свариваемых кромок. Таким способом можно сваривать металл толщиной до 10 мм без применения разделки кромок и присадочного металла.

Применение фтористых флюсов при аргонодуговой сварке титановых сплавов позволяет снизить погонную энергию по сравнению с аргонодуговой сваркой без флюса, сузить зону термического влияния, уменьшить пористость швов и улучшить условия защиты металла от взаимодействия с воздухом. используются флюсы систем АНТ, фтористые соединения щелочных и щелочноземельных металлов. Флюс разводят этиловым спиртом до получения жидкой пасты (30г флюса и 100г спирта), которую наносят на кромки свариваемых деталей. Сварку производят после улетучивания спирта.

Для тонколистового металла (2,5 мм) целесообразно применять импульсную сварку без присадочной проволоки. разработана плазменная сварка листов титана малой (0,025-0,5 мм) и средней (0,5-12,5 мм) толщины и многослойная сварка плоских листов (толщиной св.12 мм). По сравнению с аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом плазменная сварка характеризуются более высокой производительностью, меньшим короблением (деформация на 1/2 -1/3 меньше). Механические свойства титана при плазменной сварке близки к свойствам, полученным при аргонодуговой сварке. Основной трудностью при плазменной сварке по сравнению с аргонодуговой является более жесткие требования к качеству сборки в связи с характерным грибообразным проплавлением [11].

Процесс сварки тонколистового металла лучше осуществлять внутри микрокамер. Благодаря этому обеспечивается надежная защита зоны сварки при малом расходе инертного газа. При высоком качестве основного и присадочного материала, соблюдении условий защиты и оптимальных режимах сварки вольфрамовым электродом механические свойства сварных соединений титана и его сплавов близки к свойствам основного металла. Лучшие свойства достигаются при автоматизированных методах сварки. [12,13].

О надежности газовой защиты в процессе сварки и при последующем охлаждении сварного соединения при всех видах сварки в инертных газах можно судить по внешнему виду шва. Блестящая серебристая поверхность свидетельствует о хорошей защите. Проявление на шве цветов побежалости указывает на нарушение стабильной защиты, а серых налетов – на плохую защиту [8]. Достаточно простым критерием оценки степени загрязнения шва примесями внедрения – газами (азотом и кислородом) служит твердость металла шва и околошевной зоны.

При хорошей защите твердость металла шва не превосходит исходной твердости основного металла. При этом сварные соединения равнопрочны основному металлу и имеет достаточно высокие пластические свойства. Так, стыковое соединение сплавы ВТ1 толщиной 1-2 мм, выполненное сваркой без присадки, имеет временное сопротивление 45-56 кгс/мм2, угол изгиба 180°, а сплава вт5-75-90 кгс/мм2 и 70-90° соответственно.

При сварке неплавящимся электродом технического титана и низколегированных титановых сплавов толщиной более 1,5-2 мм для получения полномерного шва применяют присадочный материал – титановую проволоку ВТ1-00, подвергнутую вакуумному отжигу для снижения содержания водорода до 0,003-0,004%. более стабильное качество швов удается получить при автоматической подаче присадочной проволоки в зону сварки.

Швы, сваренные на техническом титане и низколегированных α- сплавах, имеют крупнокристаллическую макро- и микроструктуру. Для металла шва и околошовной зоны характерна микроструктура игольчатой α´-фазы, образование которой связано с полным превращением высокотемпературной β-фазы при быстром остывании. Игольчатость фазы свидетельствует о мартенситной кинетике превращения. Структурные участки околошовной зоны на титане аналогичны таким же участкам на стали. Непосредственно к металлу шва примыкают участки крупного зерна или перегрева, затем следуют участки полной перекристализации с увеличенным размерами зерен по сравнению с основным металлом. Околошовная зона очерчена ярко выраженной границей с неизменившим микроструктуру основным металлом.

Важным условием предотвращения охрупчивания металла шва и околошовной зоны с мартенситоподобной игольчатой микроструктурой является обеспечение чистоты металла и выбор режимов сварки с оптимальными термическими циклами.

Термообработку сварных соединений из титана и его низколегированных сплавов проводят лишь с целью снятия сварочных напряжений. Температуру нагрева принимают до 600-650°С, время выдержки 30-40 мин, остывание с печью.

Весьма эффективен новый отечесвенный способ аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом с применением флюсов паст. Этот способ использует преимущества сварки титана под флюсом, достигаемые введением в зону сварки фторидов и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов. первоначально такой способ применяли лишь для устранения пористости швов. Это достигалось нанесением весьма тонкого слоя специального однокомпанентного реагента на поверхность свариваемых кромок.

В дальнейшем исследования, выполненные в ИЭС имели Е. О. Патона, показали, что использование специальных флюсов при сварке неплавящимся электродом позволяет заметно снизить затраты погонной энергии, получить более узкие швы при значительном увеличении глубины проплавения , частично рафинировать и модифицировать металл шва. Для сварки титана находят применение флюса-пасты серия АН -ТА (АН-Т17А и др.). Сварка с такими флюсами дает возможность выполнять за один проход без разделки кромок соединения из титана толщиной до 12 мм узкими швами на токах в 2,5 -3 раза меньших по сравнению с токами при обычной аргоно-дуговой сварке неплавящимся электродом [8].

Способ сварки неплавящимся электродом углубленной или погруженной дугой также позволяет за один проход сваривать металл средних толщин. Однако к его основным недостаткам относится чрезмерная ширина шва и большие размеры околошовной зоны [8].

Сварку плавящимся электродом в среде инертных газов производят постоянным током обратной полярности на режимах, обеспечивающих мелкокапельный перенос металла. Отклонение от оптимальных режимов приводит к разбрызгиванию электродного металла, нарушению газовой защиты зоны сварки, ухудшению формирования швов. Для сварки используют сварочную проволоку диаметром 2-5 мм в зависимости от толщины основного металла. Применяют скользящие водоохлаждаемые защитные приспособления, обеспечивающие изоляцию шва от атмосферы. Более стабильное качество соединений получается при сварке плавящимся электродом в камерах с контролируемой инертной атмосферой [10].

При сварке в монтажных условиях соединений из титана, расположенных в разных пространственных положениях (например, стыковка труб и колонн в химическом машиностроении и др.), находит применение метод импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде аргона. Полуавтоматическая сварка титановой проволокой диаметром 1,2-2 мм с питанием от генератора импульсов (например ИИП-2) обеспечивает перенос одной капли металла при каждом импульсе тока.

Принудительный, направленный перенос электродного металла при сварке титана значительно улучшает формирование швов, выполняемых полуавтоматом, и делает возможной полуавтоматическую сварку в среде аргона в вертикальном и даже потолочном положении.

При сварке импульсов на токах силой 150-300А электродный металл разбрызгивается, условия защиты зоны сварки ухудшаются, при сварке вертикальных швов процесс нестабилен. применение импульсно-дуговой сварки позволяет в определенных пределах управлять переносом металла, практически полностью устраняет разбрызгивание, стабилизирует проплавление основного металла, упрощает технику полуавтоматической сварки вертикальных швов. Имеются различия в микроструктуре швов, сваренных обычным аргоно - дуговым способом и с наложением импульсов. Металл шва, выполненного импульсно-дуговой сваркой отличается измельченной внутризеренной структурой α´- фазы.

1.3 Особенности формирования швов при сварке с повышенной скоростью

В общем объеме работ по производству сварных конструкций из титановых сплавов аргонодуговая сварка занимает значительную часть и ответственное место. Повышение тока и скорости сварки в данном случае, желательно не только с точки зрения производительности процесса , но и снижения погонной энергии за счет увеличения проплавляющей способности дуги [8, 14, 15]. Однако, повышение тока и скорости дуговой сварки сопровождается ухудшением формирования шва, которое проявляется в увеличении высоты его провисания, образовании подрезов и прожогов основного металла. Указанные дефекты имеют место практически при всех способах дуговой сварки, опасность возникновения дефектов возрастает с увеличением тока и скорости сварки [16-32].

Противоречивость требований предъявленных к параметрам режима сварки, обеспечивающих одновременно высокую производительность процесса и качество шва, вызывает необходимость детального изучения состояния вопроса формирования шва при сварке на весу.

Известно [33-37], что форма шва, выполняемого с полным проплавлением кромок, определяется условием равновесия сил, действующих одновременно на ванну расплавленного металла.

Рд+G=Рп.н.

где Рд – сила давления дуги;

G – сила тяжести жидкого металла ванны;

Рп.н.- результирующая сил поверхности натяжения.

Приняв для определенности, очертание сварочной ванны за Эллис. А. В. Петров [38], исходя из теории тепловых процессов при сварке Н. Н. Рыкалина и известного уравнения Лапласа:

Рп.н.= ,

где R1, R2 – главные радиусы кривизны рассматриваемой поверхности;

G – коэффициент поверхностного натяжения, показал, что при сварке с постоянной погонной энергией повышение скорости сварки должно привести к увеличению степени вытянутости ванны и, как следствие, снижению сил поверхностного натяжения. Сила давления дуги и вес жидкого металла ванны при этом увеличиваются.


При такой постановке вопроса нарушение равенства (1.2) очевидно, образование прожогов неизбежно.

Рассматривая возможности получения качественного формирования шва при сварке тонколистового металла В.К. Лебедев [16] исходит из несколько иного представления в механизме образования прожога. С точки зрения автора, прожог является следствием неустойчивости формы ванны.

Исходя из энергетических соображений, в работе было получено неравенство:

4б-2в+в1б/(1-∆)2>0 [1.4]

где ∆ - размер прожога вдоль шва, образовавшегося по каким-либо причинам;

1 и в – соответственно, длина и ширина сварочной ванны. Определяемое как условие устойчивости ванны.

Исходя из последнего следует, что

< [1.5]

так как 0<1, то неравенство [1.5] всегда удовлетворяется при <1

При любом соотношении  неравенство удовлетворяется, если ширина шва в меньше или равна двум толщинам свариваемых листов. Если это условие отсутствует, т.е. <1, то ванна устойчива лишь при ограниченной ее длине. В частности, при очень широком шве (<<1), длина ванны должна быть меньше половины толщины металла б.

Разумеется полученные из упрощенной схемы сварочной ванны соотношения можно рассматривать лишь как ориентировочные. Тем не менее они объясняют некоторые наблюдаемые в практике явления и позволяют прийти к следующим выводам:

- для устранения прожогов, сопутствующих повышению скорости сварки, необходимо прибегать к приемам, которые позволяют ограничить наибольшую длину ванны и силу давления дуги;

- увеличение концентрации энергии в активном пятне и уменьшение в результате этого ширины шва – эффективный путь повышения скорости сварки.

Изучению причин образования подрезов уделено большое внимание [17-32]. Согласно данным [17], формирование шва является результатом взаимодействия двух сил: давления дуги Рд и силы тяжести жидкого металла Рr, вытесненного этим давлением. Авторы считают , что соблюдение равенства этих сил является необходимым условием нормального формирования шва. При Рд> Рr жидкий металл под воздействием избыточного давления дуги интенсивно перемещается в хвостовую часть ванны. Разрыв во времени между проплавлением дугой канавки в основном металле и ее заполнением жидким металлом увеличиваются. Это приводит к образованию протяженных подрезов.

По сущности аналогичную схему образования подрезов приводят и авторы работ [18-22]. Так, например, в работе [18] полагают, что подрезы образуются в тех случаях, когда уровень жидкого металла в точке максимальной ширины ванны, где начинается кристаллизация у кромок шва, оказывается ниже поверхности основного металла вследствие значительного наклона ванны и большой скорости кристаллизации. Чем выше сила давления дуги, тем больше наклонено зеркало ванны и больше величина подреза.

Согласно другой точке зрения [23-30], причины образования подрезов связаны с пространственным изменением столба дуги. Полагают, что с повышением скорости сварки столб от дуги отклоняется в сторону шва, вызывая более интенсивное отбрасывание металла в хвостовую часть ванны. Вследствие этого становится больше разрыв во времени между проплавлением и заполнением образующей канавки.

В работе [28] об отклонении дуги судили по углу наклона фронта плавления сварной ванны. Эксперименты проводились при сварке титана неплавящимся электродом в среде инертных газов. По результатам экспериментов сделан вывод, что отклонение дуги от нормали увеличивается с ростом сварки и не зависит от тока. В то же время исследования проведенные в работе [39] показывают, что при аналогичных условиях сварки, угол наклона фронта плавления сварочной ванны с увеличением тока существенно уменьшается.

Дискретный характер перемещения анодного пятна, изменение формы и положения столба дуги в пространстве при сварке неплавящимся электродом в среде инертных газов подтверждают результаты работы [30]. Однако этим же исследованиями было установлено, что дискретный характер перемещения анодного пятна дуги изменяется от явно выраженных скачков при малых величинах сварочного тока 20А до очень незначительных перемещений при токах более 140А.

Влияние скорости сварки на положение дуги значительной мощности (300-800А) в пространстве при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов исследовалось в работе [40]. Практически во всех случаях дуга занимала положение соосное с электродом. Незначительные средние отклонения от столба дуги, по мнению авторов, скорее всего вызваны не изменением скорости сварки, а колебаниями параметров режима, изменением условий защиты и другими трудноконтролируемыми факторами.

Страницы: 1, 2, 3, 4


рефераты скачать
НОВОСТИ рефераты скачать
рефераты скачать
ВХОД рефераты скачать
Логин:
Пароль:
регистрация
забыли пароль?

рефераты скачать    
рефераты скачать
ТЕГИ рефераты скачать

Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, рефераты на тему, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.