Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 [ 116 ] 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

пластичности. В связи с этим методы сварки плавлением Be преимущественно используют для ненагруженных конструкций, например для герметизации.

Основные трудности при сварке А1 - Be сплавов возникают в связи с существованием химической неоднородности в зоне термического влияния (рис. 26.1). Наличие ее связано с возникновением под действием термического цикла сварки протя-женого (4-6 мм) участка твердо-жидкого состояния материала [3, 4]. В этой зоне происходят как изменения макрообъемов, заключающиеся в увеличении сечения в зоне термического влияния и уменьшения сечения в шве, так и изменения микроструктуры.

Помимо структурной неоднородности, существует еще и химическая неоднородность зоны термического влияния, особенно на сплавах системы А1-Be-Mg. В результате теплового влияния сварочного цикла в алюминиевой матрице металла околошовной зоны происходит распад пересыщенного твердого раствора Mg в Al с образованием стабильной фазы Mg2Al3,

Неоднородная по структуре и содержанию элементов зона термического влияния однопроходных сварных соединений сплавов системы А1-Be-Mg не уступает по кратковременной прочности литому металлу шва, а по пластичности и ударной вязкости - основному металлу, неоднородность в первую очередь сказывается на циклической прочности.

Предел ограниченной выносливости сварных соединений на базе циклов 10 в 2-3 раза ниже, чем у основного металла, на базе циклов 2-10 это соотношение составляет 1,5-2. Разрушение, как правило, инициируется наличием в зоне термического влияния фазы Mg2Al3.

Увеличение температуры нагрева более 1000 °С приводит к -снижению прочности соединений за счет роста зерна.

26.4. Технология сварки и свойства соединений

26.4.1. Аргонодуговая и электронно-лучевая сварка бериллия

Дуговую сварку бериллия осуществляют в камерах с контролируемой атмосферой газов: аргона повышенной чистоты или смеси 50 % Аг и 50 % Не. Перед заполнением газами необхо-

о 1 г 3 4 5

Расстояние от границы шва,мм

Рис. 26.1 Распределение бериллия в сварном соединении алюминий-бе-риллиевого сплава [9]

димо создавать разряжение в камере. Наилучшие результаты достигаются на соединениях по отбортовке кромок с проплав-1ением на 1-1,5 мм.

Наименьший размер зерна, а следовательно, и наилучшие свойства получают при электронно-лучевой сварке в вакууме на режимах, обеспечиваюших минимальную погонную энергию. Однако и этот метод не дает возможности получать равнопрочные с основным металлом сварные соединения, а тем более близкие с ними по пластичности.

26.4.2. Диффузионная сварка бериллия

Многие сложности сварки плавлением устраняются при использовании сварки в твердой фазе -диффузионной [1]. Используют сварку Be с промежуточной прокладкой и без нее. В случае сварки без прокладки процесс ведут в вакууме (~6,6 МПа) под механическим давлением с нагревом в высокочастотном индукторе до температур от 700 до 1000 °С. У го-рячепрессованных и выдавленных материалов существует максимум прочности сварных соединений в области температур нагрева 900-1000 °С.

В табл. 26.3 приведены некоторые результаты диффузионной сварки Be. На оптимальных режимах сварки достигаются свойства соединения, равные свойствам основного металла. Обязательным условием получения качественного соединения является тщательная подготовка соприкасающихся поверхностей, заключающаяся в удалении окисного слоя и снижении путем полировки шероховатости поверхностей до минимума.

Для сохранения чистоты соединяемой поверхности и уменьшения влияния поверхностной шероховатости используют промежуточную металлическую прослойку. В качестве промежуточной прослойки рекомендуется использовать серебро. Так как серебро не образует стабильного оксида, его можно нанести заблаговременно на детали либо электролитически, либо осаждением в вакууме. Равнопрочные с бериллием соединения до-

ТА БЛИЦА 26 3 условия ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ БЕРИЛЛИЯ [1]

стираются при температуре нагрева 150-200°С и давлении сварки 70 МПа. Толщина прокладок из серебра имеет оптимум в диапазоне 15-50 мкм. Для более толстых прослоек прочность при растяжении непосредственно связана со свойствами серебра. Когда толщина прослойки уменьшается, прочность при растяжении этих соединений увеличивается из-за сдерживания пластического течения. Для очень тонких промежуточных слоев на площади контакта начинают сказываться чистота и гладкость поверхности, поэтому прочность при растяжении существенно снижается.

Используя промежуточные прокладки, осуществляют диффузионную сварку Be со сталью и Ti.

26.4.3. Аргонодуговая и электронно-лучевая сварка сплавов

Алюминиево-бериллиевые сплавы толщиной до 3 мм свариваются обычно аргонодуговой сваркой. Существует достаточно узкий диапазон скоростей сварки (18-24 м/ч), соответствующий оптимальному сочетанию благоприятных условий формирования шва с удовлетворительными механическими свойствами и минимальной химической неоднородностью по Be в зоне термического влияния.

Для соединения А1-Be сплавов толщиной более 5 мм эффективно применение метода электронно-лучевой сварки. Качество формирования шва и свойства сварных соединений в значительной степени зависят от плотности мощности электронного луча и состава свариваемого сплава.

При низких уровнях плотности мощности, обеспечивающих проплавление на уровне 2-3 мм, практически на всех сплавах удается получить удовлетворительное формирование шва. При увеличении плотности мощности и соответственно глубины проплавления на большой группе сплавов наблюдается ухудшение формирования шва, заключающиеся в выбросе жидкого металла из сварочной ванны на кромки свариваемых пластин, что приводит к образованию специфического дефекта в виде продольной полости или «реза».

Причиной появления подобных дефектов является перегрев содержащегося в сплаве магния выше точки кипения. Подобный перегрев приводит к объемному парообразованию, вскипанию и выбросу расплава. Наличие Be в сплаве при кристаллизации резко повышает его вязкость, что затрудняет формирование шва [5].

Подобные процессы происходят не на всех А1-Be-Mg сплавах, а только на тех, у которых не соблюдается критическое соотношение Mg и Be. Экспериментально определенные критические соотношения элементов сплавов приведены на рис. 26.2.