Особенности сварки. 
Технология сварочных работ: сварка плавлением

По свариваемости рассматриваемые материалы можно разделить на две группы. Металлы первой группы (цирконий, гафний, ниобий и тантал) при соблюдении технологических условий сварки обладают удовлетворительной свариваемостью. Сварка металлов второй группы (молибдена, вольфрама) вызывает большие трудности ввиду их высокой чувствительности к примесям, охрупчивающим металл. Предварительный подогрев молибдена до температуры 200…315 °С и снятие остаточных напряжений после сварки (при нагреве до 980 °С) снижает вероятность образования холодных трещин.

Для получения сварных соединений с удовлетворительными свойствами необходимо: уменьшение содержания вредных примесей в основном и присадочном металле; предупреждение загрязнения металла шва и околошовной зоны при сварке от окружающей атмосферы; снижение временных (температурных) и остаточных напряжений в сварных соединениях.

Поэтому сварку рассматриваемых материалов выполняют в основном электронным лучом в вакууме или в камерах с контролируемой атмосферой. В последнем случае используют аргон и гелий высокой чистоты, которые дополнительно осушают от газов, пропуская их через силикагель, алюмогель и нагретую до 900… 1000 °C титановую стружку. Сварку выполняют вольфрамовым электродом на постоянном токе прямой полярности.

Для уменьшения загрязнения металла шва сварку, как правило, выполняют без присадочного металла. В некоторых случаях сварку осуществляют на воздухе, применяя горелки с дополнительными насадками для подачи защитного инертного газа и с поддувом с обратной стороны (как при сварке титана). Прочностные и пластические свойства сварных соединений находятся на уровне 80…95% свойств основного металла.

Однако следует учитывать, что при сварке электронным лучом в вакууме содержится в сотни раз меньше примесей, чем в наиболее чистом аргоне высшего сорта. Кроме того, при этом способе сварки появляется возможность очистить свариваемый металл от газов нагревом кромок расфокусированным электронным лучом.

Дуговой сваркой нсплавящимся электродом циркониевые сплавы наиболее успешно сваривают в камерах с контролируемой средой, заполненной гелием, после предварительной откачки воздуха до 4 Па. Материал присадочной проволоки соответствует составу сплава, например, циркалой-2 или циркалой-3. При толщине металла, например 3 мм, сварку ведут вольфрамовым электродом диаметром 3,2 мм на режиме: сила тока 70 А, напряжение дуги 16,5 В, скорость сварки 15 м/ч, ток постоянный, полярность прямая.

Таблица 20.

Рекомендуемые режимы электронно-лучевой сварки молибдена

Сварку гафния также можно вести в камере, заполненной гелием или аргоном, вольфрамовым электродом.

Дуговую сварку нсплавящимся электродом ниобия и тантала малых толщин можно вести без камер, используя струйную защиту с дополнительной подачей защитного газа через насадки и поддувом с обратной стороны шва. Для толщин 0,3…2 мм используют вольфрамовые электроды диаметром 1,6…3,2 мм, сварочный ток 40… 180 А, скорость сварки 30 м/ч, расход аргона 6…7 л/мин, с обратной стороны — 2 л/мин. Используют постоянный ток прямой полярности.

Сварку молибдена желательно вести электронным лучом. Так, при толщине 1 …3 мм используют следующие режимы (табл. 20).

Поверхность свариваемых кромок непосредственно перед сваркой должна быть тщательно очищена. Основным методом очистки является химическое травление (смесь фосфорной и азотной кислот 1:1, разбавленная водой до плотности 1,37… 1,38 г/см³). Электронно-лучевая сварка молибдена, как правило, проводится без предварительного подогрева.

Вопросы для самопроверки

• 1. Какие тугоплавкие химически активные металлы используют в качестве конструкционных материалов и почему?
• 2. Дайте характеристику сварочно-технологическим свойствам молибдена.
• 3. Какие тугоплавкие химически активные металлы по химическим свойствам и свариваемости являются аналогами титана?
• 4. Назовите примеры использования ниобия и тантала, перечислите их основные свойства.
• 5. На какие группы, но свариваемости можно разделить тугоплавкие химически активные металлы.
• 6. Перечислите основные пути получения сварных соединений с удовлетворительными свойствами из тугоплавких химически активных металлов.
• 7. Назовите основные способы сварки тугоплавких химически активных металлов и особенности их применения.