Багрянский Константин Владимирович
Добротина Зинаида Александровна
Хренов Константин Константинович
ТЕОРИЯ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ
*** 1976 ***
| ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) СВАРИВАЕМОСТЬ СТАЛИ С АКТИВНЫМИ И ТУГОПЛАВКИМИ МЕТАЛЛАМИ
Получение качественных сварных соединений из стали с такими, например, металлами, как Ti, Та, Nb, Мо, представляет собой весьма сложную задачу. Химико-физические свойства Ti, Та, Nb, Мо и для сопоставления — Fe представлены в табл. 55. Как видим, свойства титана и группы тугоплавких металлов весьма отличны от свойств железа. Следствием существенной разницы в кристаллохимических свойствах является малая растворимость этих металлов (особенно тугоплавких) в железе и склонность образовывать с ним твердые и хрупкие интерметаллические соединения. Так, при сварке стали с титаном в зависимости от степени смешения их могут образоваться: при растворении в титане более 23% Fe — Ti2Fe, более 50% Fe — TiFe, более 68% Fe — TiFe3. Следовательно, по мере перехода в соединении от стали к титану меняется состав интерметаллидной прослойки, она обедняется железом и обогащается титаном. С увеличением же толщины такой прослойки, твердость которой высока, снижаются прочность и пластические свойства сварного соединения. Поэтому в сварных сталетитановых соединениях допустимы лишь прослойки толщиной не более 1 мкм. В сварных соединениях ниобия со сталью опасно образование твердого и хрупкого интерметаллида Fe3Nb2 и др. Ухудшает свариваемость сталей с рассматриваемой группой металлов и резкое отличие их теплофизических свойств, с чем связано появление высоких напряжений и деформаций, вызывающих трещины в щве и околошовной зоне. Можно отметить два пути для решения сложной задачи получения сварных соединений из стали с активными и тугоплавкими металлами: 1) применение промежуточных вставок, сваривающихся как со сталью, так и с тугоплавким металлом; 2) непосредственное соединение путем расплавления стали без расплавления тугоплавкого металла. Выбор промежуточных вставок относительно ограничен, так как лишь немногие металлы могут образовывать твердые растворы со столь различными по свойствам соединяемыми материалами. Например, Ti удовлетворительно сваривается лишь с V, Мо, Та, Nb и Zr. Но только V образует непрерывный ряд твердых растворов как с Ti, так и с Fe. Однако при использовании вставок из ванадия следует учитывать возможность образования со стороны стали прослойки твердых карбидов типа VC {HV 1045 кГ/мм2) из-за перемещения углерода в сторону ванадия. Возможно применение комбинированных вставок, состоящих, например, из Та и термически обработанной бериллиевой бронзы. В этом случае бронза сваривается со сталью, а тантал — с титаном, не образуя интерметаллидных фаз. И все же более технологичным представляется использование второго пути, когда для получения сварного соединения расплавляется только сталь, а тугоплавкий металл лишь смачивается ею. Но при контакте жидкого металла с твердым успевают в той или иной степени пройти диффузионные процессы и образуется шов с характерной структурной неоднородностью и повышенной твердостью у границы с тугоплавким металлом. Регулируя тепловой режим сварки в направлении уменьшения длительности контакта жидкой и твердой фаз, можно получить сварное соединение с удовлетворительными механическими свойствами. Следует помнить, что наиболее успешно удается сваривать рассматриваемые пары металлов лишь при наличии надежной защиты от действия окружающего воздуха. Контрольные вопросы и задания Что следует понимать под свариваемостью тех или иных материалов? Какие виды испытаний для оценки свариваемости шировд используются в сварочной технике? Дайте общую характеристику группы углеродистых конструкционных сталей. По какому признаку их классифицируют в сварочной технике? Чем объяснить высокую чувствительность средне- и высокоуглеродистых конструкционных сталей к кристаллизационным трещинам в швах и к холодным — в околошовной зоне? Как решаются эти проблемы? Дайте общую характеристику легированных сталей. Как они делятся по степени легирования и структурному состоянию? Какие свойства характерны для различных групп легированных сталей? Проанализируйте условия, при которых могут возникнуть холодные трещины в околошовной зоне. При сварке каких легированных сталей они могут возникнуть и почему? Какие стали наиболее чувствительны к образованию холодных трещин? Причины этого. Чем объяснить, что наличие в шве аустенитной структуры повышает стойкость к образованию холодных трещин в околошовной зоне? При сварке каких сталей это имеет важное значение? Проанализируйте влияние химического состава металла шва на возможное образование в нем кристаллизационных трещин. Приведите примеры и поясните причины высокой и низкой стойкости швов против образования таких трещин для различных групп легированных сталей. Какие пути используются для создания швов, не склонных к образованию кристаллизационных трещин, при сварке легированных сталей? Объясните причины разупрочнения в зоне термического влияния. При сварке каких материалов можно обнаружить разупрочнение р зоне термического влияния? От чего зависит развитие этого процесса? Чем объяснить, что при сварке легированных термоупрочиенных сталей одной из важных проблем их свариваемости является трудность получить металл шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом со свойствами, близкими свойствам основного металла? Как решается эта проблема? Какие виды охрупчивания металла шва и зоны термического влияния могут наблюдаться при сварке высоколегированных сталей? Каким образом можно избежать этого? Поясните на примере конкретных сталей. Почему при сварке сталей ферритного и аустенитного классов сварные соединения в различных участках оказываются чувствительными к межкри-сталлитной коррозии? Как решается эта проблема? Какие стали и почему называются особенно чувствительными к росту зерна при сварке? Дайте общую характеристику чугуна — его строения, свойств. Почему чугун относится к трудносвариваемым материалам? Назовите особенности теплофизических свойств меди и ее сплавов. Какие проблемы свариваемости меди и ее сплавов, как они решаются? Почему никель особенно чувствителен к образованию горячих трещин J и пор в швах? Как решаются эти проблемы свариваемости никеля? Назовите сплавы никеля и дайте характеристику их свариваемости. Перечислите особенности теплофизических свойств алюминия и его сплавов. Как можно оценить свариваемость этих материалов? Какова роль окисной пленки А1203 при рассмотрении проблем свариваемости алюминия и его сплавов? Каким образом эта пленка удаляется из зоны сварки? Объясните, почему алюминий и его сплавы более склонны к образованию пор в швах, чем, например, стали? Каким образом решается задача получения плотных алюминиевых швов? Чем объяснить высокую чувствительность к кристаллизационным трещинам металла швов при сварке многих сплавов алюминия? Какие пути решения этой проблемы? Дайте общую характеристику теплофизических и механических свойств титана и его сплавов. Почему титан и его сплавы относятся к лучшим конструкционным материалам? Поясните, почему столь трудно получить сварные соединения из титана или его сплавов, которые бы обладали высокой пластичностью? Каким образом удается решить эту задачу? Дайте общую характеристику теплофизических свойств тугоплавких металлов, сопоставьте их с железом. Какой свариваемостью обладает группа тугоплавких металлов? Почему молибден обладает худшей свариваемостью в сравнении с другими металлами этой группы? Каким образом формируется зона сплавления при сварке сталей, разных по составу и структурному классу? Что собой представляет прослойка переходного состава и каким путем можно избежать ее появления? Какие причины возникновения переходных прослоек диффузионного характера в зоне сплавления разнородных сталей? Как решается эта проблема? Поясните причину возникновения в сварных узлах из разнородных сталей высоких остаточных напряжений, не снимаемых термообработкой после сварки. Каким образом можно уменьшить величину этих напряжений? Сопоставьте между собой химико-физические свойства меди и железа и назовите проблемы свариваемости меди со сталью. Почему при сварке этих металлов в зоне сплавления не образуются интерметаллические соединения? Сопоставьте между собой химико-физические свойства никеля и железа, какие выводы можно сделать из этого сопоставления? Объясните причины возникновения пор и кристаллизационных трещин в сварных швах при сварке никеля со сталью. Как решаются эти проблемы свариваемости никеля со сталью? Сопоставьте между собой химико-физические свойства алюминия и железа. Какой свариваемостью обладает эта пара металлов? Какие интерметаллические соединения в зоне сплавления сварных соединений алюминия со сталью могут образоваться? Как влияет такая прослойка из иитерметаллидных фаз на прочность сталеалюминиевых соединений? Назовите пути устранения или уменьшения по толщине интерметал-лидных прослоек. Сопоставьте между собой химико-физические свойства тугоплавких металлов и железа. Чем объяснить плохую свариваемость этих пар металлов? Какие пути имеются по получению сварных соединений из тугоплавких металлов со сталью? |
