СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ (Третьяков А. Ф.)

39.1. Классификация пористых материалов

Пористые материалы (ПМ) на металлической основе применяются в каче­стве фильтроэлемеитов, смесителей, газовых линз, глушителей шума и др ПМ классифицируются по назначению, химическому составу и типу струк­турообразующих элементов и способу получения Для изготовления свар­ных конструкций, обладающих заданными гидравлическими, структурными и механическими свойствами, наиболее широкое применение иашли пористые порошковые (ППМ) и сетчатые материалы (ПСМ) на основе коррозионно - стойких сталей

39.2. Пористые порошковые материалы

Технологические процессы получения ППМ предполагают, как правило, холодное прессование или прокатку порошка с последующим высокотемпера­турным спеканием в контролируемой газовой среде [1]

Свойства ППМ определяются химическим составом и размерами по­рошка, режимами спекания и величиной образующейся пористости Про­мышленностью выпускаются проницаемые материалы на основе порошка Х18Н15 двух типов - ПНС и ФНС [1, 2], основные характеристики которых приведены в табл 39 1

39.2.1. Проблемы свариваемости ППМ

Для изготовления сварных конструкций из ППМ используют шовную контактную сварку, электронно-лучевую, лазерную, аргоно-дуговую и диффузионную. Эффективное использование шовной контактной сварки высокопористых ППМ из коррози­онностойких сталей Х18Н15 и Х18Н9 снижается из-за высокой склонности этих материалов к образованию в шве сквозных по­перечных трещин [3,4]. Причинами трещин являются низкая прочность и малая деформационная способность высокопори­стых сталей из нержавеющих порошков, высокий коэффициент термического расширения и наличие на поверхности частиц стойких и прочных оксидов с большим содержанием хрома.

С увеличением пористости и размера частиц порошка меха­нические свойства ППМ понижаются, а диапазоны режимов сварки, характеризующиеся трещинообразованием, расширя­ются. Уровень свойств, обеспечивающих стойкость нахлесточных соединений против трещинообразования, может быть гарантиро­ван при создании в шве непрерывной литой структуры. В кон­струкциях, допускающих использование шовно-точечных соеди­нений, повышение технологической прочности целесообразно осуществлять снижением остаточных напряжений путем обес­печения расстояния между точками равным 5—6 мм [4].

При сварке плавлением ППМ, вследствие наличия в них за­крытых пор, основным дефектом являются сквозные свищи в шве, образующиеся в результате выброса металла в процессе расплавления кромок.

39.2.2. Способы, сварки и пайки ППМ

Шовная контактная сварка. Нахлесточные соединения листо­вых пористых элементов осуществляют шовной контактной сваркой на стандартном оборудовании. Режимы сварки приве­дены в табл. 39.2. Для получения стыковых соединений разрабо­тан метод контактной шовной сварки с раздавливанием кромок, при котором наблюдается значительная деформация частиц [3]. Она вызывает более интенсивное, чем у нахлесточных соедине­ний, разрушение оксидных пленок на поверхности частиц поро­шка и способствует расширению области режимов без образова­ния трещин. Увеличение дисперсности порошка и пористости ос­новного материала облегчает формирование соединения при сварке с раздавливанием кромок. В то же время качество сое­динений исследуемых материалов в первую очередь зависит от величины сварочной нахлестки, которая при толщине h„> і мм не должна превышать 1,5 h„, а с уменьшением толщины может быть увеличена до (2 — 3) h„. Режимы сварки приведены

в табл. 39.3.

Диффузионная сварка. Для торцевого соединения отдель­ных пористых цилиндров в длинномерный фильтрующий эле­мент используют ДС в вакууме. Такие фильтроэлементы не имеют заметного шва, уменьшающего площадь фильтрации.

Сварка плавлением. Аргонодуговую сварку ППМ с пористо­стью 0,4—0,6 необходимо осуществлять с присадочной проволо­кой Св-06Х19Н9Т. Режимы аргонодуговой сварки приведены в табл. 39.4.

Лазерная сварка и ЭЛС пористых элементов, осуществляе­мая с использованием стандартного оборудования, позволяют получать соединения равнопрочные основному пористому мате­риалу с минимальной шириной шва.

39.3. Пористые сетчатые материалы

ПСМ производят на основе трикотажных (вязаных) и тканых сеток [І]. Для изготовления сварных конструкций применяют листовые ПСМ из стали 12Х18Н10Т, получаемые сваркой про­каткой брикета фильтровых сеток и сеток с квадратными ячей­ками [5]. Свойства ПСМ на основе тканых сеток из стали 12Х18Н10Т приведены в табл. 39.5.

39.3.1. Проблемы свариваемости ПСМ

Отличием ПСМ от ППМ является их значительная анизотро­пия свойств, поэтому помимо пористости и свойств структуро­образующих элементов (проволок) существенное влияние на условия формирования сварных соединений оказывает соотно­шение коэффициентов эффективной теплопроводности по тол­щине (Лл) и в направлении перпендикулярном движению источ­ника (hw). С уменьшением пористости и увеличением соотно­шения Xh/kw качество сварных соединений возрастает.

При сварке плавлением высокопористых ПСМ (П>0,3),для которых характерна низкая теплопроводность по толщине, в за­висимости от величины Хго возможно образование прожогов и подрезов в зоне сплавления. Относительная прочность свар­ных соединений, полученных сваркой плавлением, уменьша­ется с увеличением пористости основного металла. Повышение качества соединений может быть достигнуто предварительным холодным обжатием кромок либо электрогальваническим нане­сением покрытия в результате уменьшения их пористости и уве­личения теплопроводности по толщине.

39.3.2. Способы сварки ПСМ

Аргонодуговая сварка. Автоматическая сварка стыковых соеди­нений со скоростью более 30 м/ч требует осуществления про­цесса на больших токах, что для заготовок с П>0,3 приводит к образованию подрезов в зоне сплавления, а при усв<Ю м/ч возрастает ширина шва. Скорость сварки следует устанавливать в интервале от 10 до 30 м/ч, причем с увеличением пористости основного материала значение vCB следует уменьшать. Сварку заготовок с П>0,15 целесообразно выполнять с присадочной проволокой аналогичного химического состава [6]. Режимы ручной и автоматической аргонодуговой сварки приведены в табл. 39.6, 39.7.

Электронно-лучевая сварка. ЭЛС заготовок из ПСМ может осуществляться на стандартном оборудовании. Увеличение ка­чества сварных соединений с П>0,25 достигается в результате расфокусирования луча и уменьшения скорости сварки. Ши­рина получаемых швов иа образцах толщиной 2,8—3,8 мм со­ставляет 2,5—3 мм [7]. Исследование влияния термического цикла сварки на изменение гидравлических и структурных ха­рактеристик показало, что снижение проницаемости сварных соединений пропорционально площади шва, а увеличения раз­мера пор в зоне сплавления ие происходит.

Диффузионная сварка. ДС пористых элементов осуществля­ется на тех же режимах, что и компактных материалов анало­гичного химического состава. Величина давления при сварке выбирается из условия обеспечения требуемого обжатия загото­вок в местах их соединения.

РЕЖИМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ПСМ - 12Х18Н10Т [б]*

[1]evTi = --^- + 0,094. (3.4)

[2] Могут быть использованы также для лазерной, газоплазменной и дру­гих видов наплавок.