Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

Существование предела по концентрации в сплаве магния сводит мероприятия по предупреждению дефектов к двум воз­ можным вариантам: 1— использованием для узлов, в которых предусматривается электронно-лучевая сварка сплавов с содер­ жанием Mg меньше критического; 2 — искусственное снижение концентрации Mg ниже критической только в зоне взаимодей­ ствия электронного луча со свариваемым материалом для спла­ вов с содержанием Mg выше критического.

Рис. 26.2. Влияние содержания бериллия на крити­ ческую концентрацию магния в свариваемых алюминийбериллиймагниевых сплавах:

/ — с дефектами; 2 — без дефектов

Рис. 26.3. Влияние доли участия алюминиевой при­

/ - 6 % ; 2 - 3 % ; 3 - 4 % ; 4 - 0 % .

Второй вариант реализуется за счет использования прокла­ док, располагаемых в стыке соединения. Дозировка критиче­ ского содержания магния в этом случае осуществляется как за счет доли участия основного металла в объеме сварочной ванны, так и за счет содержания магния в прокладке (рис. 26.3). В качестве прокладок рекомендуются стандартные алюминиевые сплавы. Основным условием является минималь­ ное содержание в них, а лучше полное отсутствие легкоплавких элементов (Mg, Mn, Zn, Li).

Использование прокладок является необходимым, но не до­ статочным условием получения качественных соединений. Для устранения внутренней пористости и несплошностей необходимо применение продольно-поперечных колебаний электронного луча. Частота продольных колебаний составляет 50—100 Гц, амплитуда 3—4 мм; частота поперечных колебаний 200—300 Гц,

амплитуда 1,5—2,0 мм.

Механические свойства электронно-лучевых сварных соеди­ нений представлены в табл. 26.5. Использование легированных присадок (АК-8, Д20) позволяет получать прочность на уровне 0,8—0,9 от прочности основного металла при повышенной пла­ стичности. Введение в шов дополнительных легирующих эле-

неустойчивый гидрид СиН, с углеродом образует взрывоопасную ацетиленистую медь СигС2, с азотом практически не реагирует, что позволяет исполь­

за счет обменных реакций с компонентами флюсов и электродных покрытий. На рис. 27.1 приведена диаграмма состояния Си—О. При низких тем­ пературах растворимость О в твердой Си мала и резко возрастает в жидкой Си за счет образования СигО, которая при затвердевании выделяется в виде эвтектики Си—Си20 , располагаясь по границам кристаллитов. При рассмот­ рении под микроскопом Си20 имеету голубоватую окраску в рассеянном свете и рубиново-красную в поляризованном, что является ее характерной особен­ ностью, СигО, как отдельная фаза легко восстанавливается до меди по ре­

акциям:

СиаО + 2 [Н] =*= 2Cu + Н20 , СиаО + СО*±2Си + СОа.

Газы, образующиеся в результате этих реакций, в меди не растворя­ ются и, создавая большие давления, приводят к образованию трещин, воз­ никает так называемая «водородная болезнь» меди.

Кислород, содержащийся в меди, ухудшает ее пластичность, повышает твердость, уменьшает тепло- и электропроводность.

Взаимодействие с серой. Диаграмма состояния Си—S приведена на рис. 27.2. Сера хорошо растворима в жидкой Си и практически не раство­ рима в твердой. Содержание S в Си регламентируется ГОСТ 859—78 и ее

Взаимодействие с водородом. Водород влияет на качество сварных сое­ динений из Си и ее сплавов, вызывая пористость в металле шва и образо-

ванне трещин. Водород растворяется в Си в соответствии с законом Сивертса и его растворимость зависит от температуры и парциального давле­

поры или концентрируясь в микронесплошностях, создает высокое давление, приводящее к зарождению трещины. При сварке не исключена возможность образования дефектов в результате термической диффузии Н из основного металла к шву. Концентрируясь вблизи линии сплавления, Н создает по­ ристость в околошовной зоне. Поэтому при сварке ответственных изделии из Си, в которых необходима высокая плотность металла, к основному металлу необходимо предъявлять жесткие требования по содержанию в нем водорода. Электрошлаковый переплав или вакуумная плавка значительно снижают содержание Н в Си.

27.2. Основные марки, структура и механические свойства сплавов меди

Чистая медь в соответствии с ГОСТ 859—78 выпускается девяти марок: МООбк, МО. МОб. M l, M lp, М2, М2р, М3, М4, содержание меди в которых меняется от 99,99 % (МООбк) до 99,0 % (М4).

Основными типами сплавов на основе меди являются латуни и бронзы. Латуни это медноцинковые сплавы, обладающие высокими механиче­ скими и технологическими свойствами. Химический состав латуней опреде­ ляется ГОСТ 15527—70 и ГОСТ 17711—80. Марка латуни определяется по содержанию меди Латуни, содержащие Zn в пределах a -твердого раствора, т. е. до 39 % Zn, очень пластичны, хорошо свариваются и легко обраба­

и др., ухудшающие пластические свойства латуни.. Практическое применение имеют латуни, содержащие до 50 % Zn. Специальные латуни, кроме Zn, содержат Fe, Al, Si, Ni и другие компоненты (ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1 и т. д.). Алюминий уменьшает летучесть цинка, образуя на поверхности расплавлен­ ной латуни защитную пленку из оксида алюминия. Железо задерживает ре­ кристаллизацию латуней и измельчает зерно, повышая механические и тех­ нологические свойства сплава. Кремний улучшает свариваемость латуней.

Бронзы представляют собой сплавы Си с содержанием Zn не более 4— 5%. Основными легирующими компонентами являются Sn, Al, Mn, Si, Be, Fe и другие элементы. Название бронзы дается по основному легирующему компоненту. Бронзы делятся на две большие группы: оловянные бронзы, химический состав определяется ГОСТ 18175—78, ГОСТ 5017—74, ГОСТ 613—79, и безоловянные бронзы, не содержащие олова, химический состав определяется ГОСТ 493—79, ГОСТ 18175—78.

27.3.Свариваемость меди и ее сплавов

27.3.J. Особенности свариваемости

Общие вопросы свариваемости [2] определяются влиянием тер­ мического цикла сварки на физические свойства металла: его прочность и пластичность. Для Си эти свойства будут зависеть от степени ее чистоты. Так, Си с повышенной концентрацией водорода может иметь провал пластичности в интервале тем­ ператур 350—450°, который для чистой меди обычно не реги­ стрируется.

Сварка чистой Си существенно отличается от сварки сталей в силу особенностей теплофизических свойств этих металлов. Большие тепло- и температуропроводности Си создают высокие градиенты температуры и скорости охлаждения, а также опре­ деляют малое время существования сварочной ванны, что тре­ бует применения повышенной погонной энергии или предвари­ тельного подогрева, а это является нежелательным осложне­ нием технологии сварки. Значительный коэффициент линейного расширения и его зависимость от температуры вызывают необ­ ходимость сварки при жестком закреплении кромок или по прихваткам. При большой толщине металла следует регулиро­ вать величину зазора при сварке. Малое время существования сварочной ванны в жидком состоянии ограничивает возможно­ сти ее металлургической обработки. В частности, при раскисле­ нии меди требуются более активные раскислители, чем при сварке сталей.