ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МЕТАЛЛОВ

В различных отраслях промышленности (в том числе в судовом ма­шиностроении, энергетике и приборостроении) достаточно широко в качестве конструкционных материалов используют цирконий, гафний, ниобий, тантал, молибден, реже ванадий и вольфрам.

Основными затруднениями при сварке этих металлов и их сплавов является большое сродство к газам: азоту, кислороду и водороду, - что

приводит к понижению свойств, росту зерна при нагреве и высоким тем­пературам плавления (так, температура плавления гафния 5400, тантала 5300, вольфрама 5900, молибдена 4830 °С).

Цирконий имеет две аллотропические модификации (как и титан), обладая полиморфностью при сварке в ЗТВ, дает закалку с появлением (5-фазы в структуре. Интенсивно поглощает водород в диапазоне

300.. . 1000 °С с образованием гидрида ZrH2, а при нагревах выше 800 °С энергичное взаимодействие с азотом приводит к образованию нитри­дов ZrN. Сплавы циркония с оловом, железом, никелем и хромом име­ют высокую коррозионную стойкость при прочности выше 400 МПа.

Гафний также испытывает полиморфные превращения с низкотем­пературной а - и высокотемпературной [5-фазами. При нагревах он ак­тивно взаимодействует с воздушной атмосферой, образуя нитриды и двуокись.

Ниобий и тантал близки по своим физическим свойствам и поли­морфных превращений не имеют. Обладая высокой стойкостью в жид­ких металлах-теплоносителях, применяются в отдельных типах реак­торов. Высокая коррозионная стойкость тантала используется также в хирургии. Находят применение сплавы тантала с вольфрамом, ниоби­ем и ванадием и сплавы ниобия с добавлением молибдена, вольфрама, циркония, ванадия, титана.

Все металлы этой группы энергично взаимодействуют с газами воз­душной атмосферы при нагреве (выше 300 °С начинается их взаимо­действие с кислородом, выше 350 °С - с водородом, выше 400 °С - с азотом). В результате этого взаимодействия резко падает пластичность металла и растет его прочность; причиной этому является образование окислов, нитридов и гидридов. При сварке в металле шва и ЗТВ могут образовываться (при наличии примесей углерода) карбиды, которые наряду с ростом зерна могут приводить к охрупчиванию металла.

Молибден не имеет полиморфных превращений; имея высокую тем­пературу плавления и показатели механических свойств, используется для отдельных деталей турбокомпрессоров, камер сгорания и т. д. При сварке склонен к появлению горячих трещин из-за образования легко­плавких эвтектик и охрупчиванию из-за насыщения атмосферными га­зами, чувствительность к которым у него чрезвычайно велика. Так, вли­яние кислорода на изменение перехода металла в хрупкое состояние ощущается довольно заметно уже при содержании его в металле более 0,0002% (Г ^ повышается до 200 °С).

Термический цикл сварки приводит к росту зерна в ЗТВ и резкому охрупчиванию металла из-за утолщения межзеренных прослоек и обо­гащения их примесями. Возможно также образование пор в металле шва,

если в металле есть примеси углерода. Отсюда возникают весьма жест­кие требования к чистоте основного и сварочных материалов (содер­жание кислорода <0,0002%, азота <0,0001%. углерода < 0,003%) с вве­дением в ванну активных раскислителен (титана, циркония, селена) и применением при сварке минимальной погонной энергии.

Хорошей свариваемостью обладают гафний, ниобий, тантал и цир­конии. Сварка же вольфрама и молибдена вызывает значительные труд­ности из-за охрупчивания металла вследствие его особой чувствитель­ности к примесям. Поэтому часто требуется введение в технологический процесс подогрева до температур 200...300 °С и снятие остаточных сва­рочных напряжений (отпуск после сварки), что снижает вероятность образования холодных трещин. Учитывая эти особенности, ручную сварку с применением струйной защиты используют редко (с горелка­ми, обеспечивающими двойную защиту, и приспособлениями для под­дува обратной стороны). Для уменьшения загрязнений металла шва сварку часто ведут без подачи присадочного металла. Однако все эти меры не дают возможности получить равнопрочное сварное соедине­ние. Лучшие результаты дает применение ЭЛС.