СВАРКА РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

СВАРКА СТАЛИ, ПЛАКИРОВАННОЙ ТИТАНОМ

Сварка стали, плакированной титаном, имеет ряд осо­бенностей, связанных со специфическими свойствами титана.

Обычно при сварке малоуглеродистой стали, плакиро­ванной нержавеющей сталью, основной и плакирующий слои сваривают последовательно с применением соответ­ствующих сварочных материалов. Сварка такой стали вы­полняется с обязательным сплавлением между собой свар­ных швов основного и плакирующего слоев.

Для стали, плакированной титаном, такой порядок свар­ки неприемлем, так как при сплавлении титана со сталью в сварном шве и на границе его образуется большое количе­ство твердых и хрупких интерметаллидов, способствующих самопроизвольному разрушению сварных соединений. По­этому соединения стали, плакированной титаном, долж­ны свариваться так, чтобы не допустить сплавления швов обоих слоев, Выполнить это условие можно, применяя специальные разделки, у которых в районе сварного шва ос­новного слоя удален плакирующий слой. В этой разделке мо­жно выполнить сварной шов основного слоя и обеспечить сквозной провар путем подварки корня шва. Для коррози­онной стойкости соединения со стороны плакирующего слоя приваривают внахлестку накладку на режимах, не допус­кающих сквозного проплавления слоя титана. При сварке плакированной титаном стали граничный слой в зоне терми­ческого влияния находится определенное время при повы­шенных температурах, которые могут вызвать его хрупкость Поэтому важно изучить свойства граничного слоя, под­верженного нагреву, и изыскать способы устранения его охрупчивания. Такие исследования были выполнены в ра­боте [53]. Опыты проводились на биметалле СтЗ (толщиной 32 мм) + ВТ1 (толщиной 4 мм), полученном сваркой взры­вом без промежуточного слоя.

В основном слое вырезали канавки, представляющие со­бой V-образную разделку. Дно канавки располагали на рас­стоянии 2—4 мм от линии соединения титана со сталью. Канавку заплавляли электродами УОНИ— 13/45 диамет­ром 3 мм для первого прохода и диаметром 5 мм — для по­следующих проходов. Сварочный ток соответственно был равен 100—120 А и 220—240 А. Из проб вырезали образцы для испытания плакирующего слоя на срез и отрыв.

Результаты испытаний (табл. 19) показывают, что под действием тепла сварочной дуги в зоне термического влияния (з. т. в.) у стали в исходном состоянии происходит повыше­ние сопротивления срезу и понижение сопротивления отры­ву граничного слоя.

Отпуск, снижая механические свойства граничного слоя, делает его нечувствительным к термическому циклу сварки. При испытании на срез образцов, вырезанных от отпущен­ной пластины, на плакирующий слой которой были наплав­лены аргонодуговой сваркой валики, было получено со­противление срезу вне зоны термического влияния 19,2 X X 10_7Н/м2, а в зоне термического влияния—18,7 X X 10-7Н/м

Металлографическое исследование шлифов, вырезанных из сваренных проб, показало, что вдали от зоны термиче­ского влияния металл в исходном состоянии имеет структу­ру, свидетельствующую о деформации граничного слоя в процессе получения плакированной стали. Так, со стороны титана ясно видны линии скольжения, а со стороны стали —■ деформированные зерна перлита и феррита.

Микротвердость деформированных участков стали, при­мыкающих к граничному слою, равна (206—284) • 10~7Н/м2, в то время как более удаленные участки с равноос­ной структурой имеют микротвердость, не превышающую 215 • 10~7 Н/м2. У этого же металла после отпуска со­храняется структура, характерная для металла в исход­ном состоянии (после взрыва), но твердость участков стали, примыкающих к граничному слою, снижается до 220 х х 10~7 Н/м2, т. е. до уровня твердости металла в исходном состоянии с равноосной структурой.

На некоторых шлифах от образцов, сваренных в исход­ном состоянии (без отпуска), была выявлена непосредствен­но примыкающая к белой прослойке темная фаза, мик - зотвердость которой составляет (517—775) • 10~7 Н/м2. 3 образцах, сваренных в отпущенном состоянии, таких участков не обнаружено.

Появление в зоне термического влияния обезуглерожен - ной ферритной полосы у границы сплавления стали с титаном, белой прослойки по границе сплавления и продуктов распа­да титана у этой границы свидетельствует о протекании су­щественных диффузионных процессов между сталью и ти­таном в связи с нагревом граничного слоя при сварке, не­смотря на кратковременность термического цикла.

Ь *25

Можно ожидать большего развития процессов диффузии в граничном слое под действием тепла дуги для стали в ис­ходном состоянии (в частности, обогащение его углеродом) по сравнению со сталью в состоянии отпуска. По-видимо­му, с этим обстоятельством и может быть связан факт неко­торого увеличения сопротивления срезу плакирующего слоя в зоне термического влияния для стали в исходном со­стоянии.

Изучение граничного слоя показало, что под действием тепла дуги его свойства для стали после отпуска изменяются незначительно и практически не могут ухудшать качества сварного соединения. Поэтому разработанные конструкции и элементы разделок соединения (рис, 31) основаны только
на технологической возможности их выполнения и обеспе­чивают отсутствие сплавления сварных швов основного и плакирующего слоев. Как обычно, в таких соединениях требуемая механическая прочность достигается за счет свар­ного шва основного слоя. Накладка, привариваемая к пла­кирующему слою, предназначе­на только для создания анти­коррозионной стойкости соеди­нения.

На рис. 31 между накладкой и сварным швом основного слоя показан заполнитель, предна­значенный для увеличения кор­розионной стойкости соединения в случае проникновения агрес­сивной среды под накладку.

В качестве заполнителя в неко­торых случаях рекомендуют использовать серебро, которое хорошо сплавляется с титаном, или легкоплавкие припои, Для этой цели, очевидно, можно использовать также поли­меры типа эпоксидных смол, выбирая их состав в зависи­мости от характера агрессивной среды.

Прочность сварных стыковых соединений плакированной титаном стали с накладками была определена при испытании на растяжение плоских образцов. Предел прочности этих образцов равен (40,0 - г- 44,5) • 10~7 Н/м2, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к стали СтЗ. В процессе ис­пытания образцов на растяжение сначала (при напряжении не менее 38 • 10~7 Н/ма) разрушались швы, приваривающие накладку, а затем основной слой. Такой характер разру­шения объясняется тем, что титан не менее пластичен по сравнению со сталью марки СтЗ.

В работе [53] предложен способ сварки биметалла сталь + титан, исключающий применение накладок. По этому способу биметалл с подслоем из ванадия сваривают
следующим образом (рис. 32). Со стороны титана удаляется плакирующий слой. Со стороны стали кромки подготавлива­ются под сварку встык. После сварки стали в паз плакирую­щего слоя укладывается тонкая прокладка из ниобия, а на нее ■— присадочная проволока из титана, диаметр которой зависит от толщины слоя. Затем плакирующий слой свари­вается вольфрамовым электродом в среде аргона. При этом дуга направляется по оси уложенной проволоки, при рас­плавлении которой образуется шов. Так как температура плавления ниобия выше точки плавления титана и посколь­ку отсутствует прямое воздействие дуги на прокладку, по­следняя проплавляется лишь частично и тем самым препят­ствует сплавлению титана со сталью и образованию хрупких фаз. Для биметалла общей толщиной 10 мм при толщине плакирующего слоя из титана ВТ1, равного 2 мм, принима­ют: V-образную разделку кромок со стороны стали с углом раскрытия 60°, толщину прокладки из ниобия 0,1 мм, диа­метр присадочной проволоки из титана 4 мм.

Исследования показали, что сварные соединения, вы­полненные по описанному способу, обладают высокой кор­розионной стойкостью в растворах серной и соляной кислот и других агрессивных средах. Скорость коррозии металла и соединений одинакова и практически не отличается от соответствующего показателя для титана ВТ1.