СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Сварка жаропрочных сплавов

В машиностроении широко применяются жаропрочные сплавы для деталей, работающих при высоких температурах и нагрузках. Из таких сплавов изготовляются, например, рабочие лопатки, диски колес, камеры сгорания и другие детали газовых турбин, работающие при температурах от 500 до 1100°.

Основными элементами для получения жаропрочных сплавов являются хром, никель и железо. Хром образует с кислородом прочную окисную пленку, плавящуюся при температуре только около 2275°. Эта пленка хорошо защищает металл от дальнейшего окисления кислородом при высоких температурах, обусловливая жаростойкость сплава. Высокое содержание никеля дает возмож­ность получать сплавы с аустенитной структурой, обладающие вы­сокой пластичностью

Для придания сплаву необходимой прочности при высоких температурах, а также других необходимых свойств применяются многие другие легирующие элементы: углерод, титан, алюминий, молибден, вольфрам, ванадий, бор, селен и др.

Все существующие жаропрочные сплавы можно разделить на аВЄ основные группы: сплавы на никелевой основе и сплавы на железной основе; последние являются более дешевыми, но менее жаростойкими.

Для изготовления сварных конструкций наиболее широкое применение получили жаропрочные - сплавы следующих марок: ЭИ652, ЭИ602, ЭИ703, ЭИ696, ЭИ696А, ЭИ868 (ВЖ98), ВЖ85, ЭИ835, Х24Н25Т (ЭИ813), ЭИ894.

В таблице 21 приведены в качестве примера составы и свой­ства двух жаропрочных сплавов: ЭИ696А на железной основе и ЭИ868 (ВЖ98) на никелевой основе.

При сварке жаропрочных сплавов основным затруднением для получения высококачественного сварного соединения является пленка тугоплавкой окиси хрома, ухудшающей взаимное сплавле­ние зерен металла.

Все жаропрочные сплавы обладают примерно в два раза мень­шей теплопроводностью и в полтора раза большим коэффициен­том линейного расширения по сравнению с конструкционными углеродистыми сталями. Поэтому при сварке жаропрочных спла­вов возникают дополнительные трудности — возможность перегре­ва металла, появления прожогов, сильного коробления изделий, образования трещин.

Жаропрочные сплавы указанных выше марок достаточно хоро­шо подвергаются дуговой и аргоно-дуговой сварке плавящимся электродом, а также контактной точечной и роликовой сварке. Электрическая сварка этих сплавов более целесообразна, чем газо­вая, вызывающая повышенное образование тугоплавкой окиси хрома, Препятствующей сплавлению преимущественно на нижней стороне кромок шва. Газовая сварка поэтому используется значи­тельно реже и только при изготовлении неответственных конструк­ций.

Сварка сплавов большинства марок производится без последую­щей термической обработки. Заготовки сложной формы, подвер­гавшиеся глубокой штамповке, гибке, выколотке и пр., перед свар­кой необходимо отжигать для снятия остаточных напряжений. Детали, могущие подвергнуться после сварки коррозии, перед сваркой закаливают на аустёнит — нагревом до 1050—1150° и быстрым охлаждением в воде или на воздухе (тонкий металл).

Сплавы марок ЭИ696, ЭИ696А и ЭИ894 относятся к группе дис­персионно твердеющих, т. е. они способны после старения (нагрев до 700° и выдержка при этой температуре в течение 5—8 час) при­мерно в два раза повышать свою прочность, сохраняя еще достаточ­ную пластичность. Это обусловлено образованием у них в процессе старения особой высокопрочной структуры внутри зерен и по их границам. Если изделия из сплавов ЭИ696 и ЭИ696А после сварки подвергались термообработке (закалке или старению), то в случае необходимости вторичной подварки они должны пройти двухча­совой отпуск при 850° для предупреждения образования тре­щин.

При всех способах сварки жаропрочных сплавов особое зна­чение имеет хорошее качество подготовки и взаимной подгонки кромок. Как правило, кромки должны предварительно обрабаты­ваться на токарных, фрезерных или строгальных станках.

Свариваемые элементы должны закрепляться в приспособле­ниях, предупреждающих их взаимное перемещение. Прихватки по возможности следует применять только в тех случаях, когда без них нельзя обойтись, так как в местах прихваток возможно при повторном нагреве образование трещин.

Дуговую сварку жаропрочных сплавов производят на постоян­ном токе обратной полярности. Режимы сварки применяют такие же, как и при сварке аустенитных хромоникелевых сталей. Покры­тие берется основного типа, образующее легкоплавкий, плотный и легкоудаляемый шлак низкой кислотности. Электроды должны позволять вести сварку металла толщиной от 1,2 мм и выше, да­вать устойчивую дугу и обладать малой прожигающей способно­стью. Вес покрытия должен составлять 25—30% от веса металли­ческого стержня. Наилучшими являются электроды с покрытиями марок ВИАМ-нж/1 и нж/2, НИАТ-1, ЦЛ-МЗ.

При сварке стыковых швов обратная сторона свариваемых ли­

стов покрывается флюсом того же состава, что и электродное покры­тие.

В месте окончания шва не должно оставаться глубокого крате­ра, иначе в нем могут образоваться мелкие трещины. Для заделки кратера дугу на нем несколько раз зажигают и быстро гасят.

При аргоно-дуговой сварке жаропрочных сплавов применяют медные или стальные подкладки, защищающие обратную сторону шва от окисления. Между подкладкой и обратной стороной свари­ваемой детали должен быть зазор. Вместо подкладок можно к об­ратной стороне свариваемых кромок подводить защитную струю аргона или покрывать их флюсом. Аргон не должен содержать влаги, а также более 0,05% кислорода и более 0,24% азота. Необ­ходимо, чтобы длина дуги не превышала 2 мм, а угол наклона электрода к вертикали составлял 10—15°.