Особенности сварки активных и тугоплавких металлов

Нижним пределом температуры плавления тугоплавких металлов считают температуру плавления хрома (1875 0с). Тугоплавкие металлы активно взаимодействуют с большинством газов. При взаимодействии с кислородом наблюдается снижение пластичности, особенно молибдена и вольфрама. В связи с окислением и испарением оксидов тугоплавких металлов для работы при повышенных температурах их поверхность необходимо защищать. При взаимодействии тугоплавких металлов(кроме рения)с водородом наблюдается повышение хрупкости. Азот также негативно влияет на пластичность тугоплавких металлов. Вместе с тем нитриды тугоплавких металлов способствует их укреплению. При сварке в местах дефектов, которые находятся на поверхности кромок, образуются замкнутые полости, заполненные газами, парами воды и продуктами их распада. При расплавлении металла эти полости превращаются в пузырьки, которые попадают в сварную ванну и при кристаллизации образуют поры. Для устранения дефектов при сварке тугоплавких металлов рекомендуют следующие меры: шлифовка и детальное очистки кромок от загрязнений, сварка с зазором, предварительный подогрев, увеличение продолжительности существования сварочной ванны. Высокие температуры плавления и теплопроводность большинства тугоплавких металлов способствуют повышению скорости кристаллизации и образованию крупнозернистой структуры. При этом повышается хрупкость и возникают трещины. Для предотвращения возникновения трещин используют присаживаемые материалы, которые обеспечивают высокую пластичность металла шва, регулируют направление тепло отвода при кристаллизации, используют меры по ограничению остаточных напряжений в металле шва. Для соединения тугоплавких металлов используютд уговая сварка в среде инертных газов, электронно-лучевая и лазерная сварка. Подготовку поверхности тугоплавких металлов выполняют преимущественно химическим травлением или электрическим полировкой. Особое внимание уделяют подготовке поверхностей торцов кромок, которые перед сваркой дополнительно обезжиривают. При электродуговой сварке тугоплавких металлов защитной средой является аргон и гелий. Толщина свариваемых металлов определенная от 0,2 мм и более. Широко используется сварка вольфрамовым электродом без присаживаемого металла. При толщине металла свыше 3 мм применяют дуговая сварка плавящимся электродом. Сварка выполняют переменным и постоянным током прямой полярности.

Существенное влияние на формирование металла шва, структуру и механические свойства сварных соединений тугоплавких металлов имеют условия теплоотвода и режимы сварки. Оптимальные значения параметров режимов сварки для различных сплавов тугоплавких металлов определяются химическим составом сплава, геометрическими размерами, условиями теплоотвода и способами сварки. Для повышения механических свойств тугоплавких металлов используют легирования элементами, которые нейтрализуют вредное влияние примесей. К таким элементам относятся углерод, цирконий, титан, рений и др.

ПОДБОР СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Неплавящиеся электроды применяют главным образом для сварки в защитном газе и плазменной сварки и резки. Неплавящнмися электродами служат вольфрамовая проволока — прутки. Вольфрам — тугоплавкий металл, температура его плавления достигает 4500 °С, поэтому при сварке его расход незначителен. Применение вольфрамовых электродов позволяет осуществлять аргонодуговую сварку раз личных высоколегированных сталей и цветных металлов без присадочного или с присадочным материалом, обеспечивая при этом хорошую защиту зоны сварки инертным газом. ГОСТ 23949—80 преду-, сматривает несколько марок вольфрамовых электродов:

ЭВЧ, которые изготовляют из вольфрама без легирующих примесей и поставляют в виде прутков длиной 77, 150, 200 и 300 мм при диаметре 1-10 мм и в мотках при диаметре проволоки 0,5 мм;

лантанированные ЭВЛ с присадкой 1—1,4 % оксида лантана — выпускают только в прутках. Они улучшают стабильность горения дуги и уменьшают расход электродов при сварке;

иттрированные ЭВИ-1 с присадкой 1,5—2,3% оксида иттрия обеспечивают более легкое зажигание дуги и малый расход электродного металла. Вольфрамовые электроды применяют также для плазменной резки, когда плазмообразующий газ не содержит кислорода. В качестве материала для электродов, работающих в кислородсодержащих средах, используют гафний и цирконий. Хотя теплофизические свойства этих материалов значительно ниже чем у вольфрама (теплопроводность и температура плавления), они менее подвержены окислению в кислородсодержащих средах.

Для улучшения теплоотвода и повышения термической стойкости при высокой температуре электроды из гафния или циркония заключают в специальные медные державки, укрепленные в плазмотронах. Кроме вольфрама, гафния и циркония неплавящимися электродами служат угольные и графитизированные стержни, применяемые для воздушно-дуговой резки стали и сварки меди. Угольные электроды изготовляют путем прессования и последующей термической обработки угольного порошка. Их изготовляют в виде стержней круглого и прямоугольного сечения. Для сварки изготовляют круглые стержни диаметром 4—18 мм и длиной 250 мм. Для улучшения теплофизических свойств и большей стойкости угольные стержни подвергают графитизации путем термической обработки при температуре 2600 °С. Графитизация уменьшает омическое сопротивление электродов в 4 раза, поэтому они меньше нагреваются, меньше окисляются (сгорают) и применяются при токе большей величины. Для этой же цели применяют омеднение поверхности электродов. При эксплуатации неплавящихся электродов следует придерживаться технологических правил, обеспечивающих качественное выполнение сварки или резки, а также меньший износ электрода в процессе работы, В частности, при сварке алюминия и его сплавов вольфрамовым электродом необходимо применять переменный ток и электроды ЭВЛ или ЭВИ. Необходимо также выполнять технологические рекомендации по заточке конца электрода и его закреплению.