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

Повышение чистоты исходного металла по примесям внедрения способствует улучшению их свариваемости и позволяет производить сварку в более загрязненной атмосфере. При суммарном содержании газов более 0,06 % (по массе) резко снижается пластичность швов ниобиевых сплавов [2]. Обеспечить удовлетворительную свариваемость танталовых сплавов возможно при еше более низком содержании газов ~0,01 % (по массе).

Примеси внедрения, попадаюшие в шов из атмосферы, обогащают твердый раствор и выделяются в виде избыточных фаз по границам и телу зерен. Наиболее совершенная защита металла шва и ЗТВ обеспечивается при ЭЛС в вакууме, так как при разрежении 1 • 10~ Па содержание газов в единице объема не превышает 1-10-% (по массе). Весьма надежной является защита металла шва при дуговой сварке в камерах с контролируемой атмосферой аргона или гелия.

Следует отметить, что для оценки влияния примесей на склонность сварных соединений металлов VA группы к хрупкому разрушению предпочтительнее использовать испытания на ударный изгиб или испытания на трещиностойкость, так как испытания на статический изгиб и растяжение мало чувствительны к небольшим количествам примесей.

Удовлетворительные свойства соединений металлов VA группы достигаются при сварке в защитной атмосфере, содержащей количество примесей, не превышающее, % (объемн.): 5-10-3-1-10-2 О2; 5-10-3-ЫО-2 2-10-3 - 4-10-3 HjO. Этим требованиям соответствуют гелий высокой чистоты по ТУ 51-689-75 и аргон высшего сорта по ГОСТ 10157-73.

Содержание газов в металле шва снижается при сварке на повышенных скоростях вследствие уменьшения времени взаимодействия. В работе отмечается, что при высоком содержании примесей в инертной атмосфере пластичность швов танталовых сплавов увеличивается с уменьшением погонной энергии сварки. Оптимальный диапазон погонной энергии равен 100- 120 кДж/м.

В случае насыщения металла шва примесями восстановление механических свойств возможно путем дегазации при отжиге в вакууме. Атомы газа могут быть удалены из твердого раствора ванадия, ниобия и тантала за счет разложения соединений, диффузии атомов газа к поверхности с последующей сублимацией соединений МеГ. Отжиг в вакууме приводит к снятию остаточных напряжений, что также способствует повышению пластичности и вязкости сварных соединений. Так, в результате отжига сварных соединений ванадиевого сплава системы V-Zr-С, насыщенных кислородом, ударная вязкость швов значительно возросла. При этом содержание кислорода в металле шва, полученного при сварке с добавками 1 -10- %

(объеми.) Ог, снизилось в два раза и практически достигло уровня его в исходном металле [2]. Крупнозернистая структура металла шва, особенно на технически чистых металлах, является причиной значительного снижения предела его выносливости по сравнению с деформированным и отожженным основным металлом. Как чистые металлы, так и их сварные швы весьма пластичны и не чувствительны к надрезу и трещине. При испытаниях на трещиностойкость развитию трещины в швах предшествует значительная локальная пластическая деформация.

Свариваемость сплавов с твердорастворным упрочнением на основе металлов VA группы зависит от количества и вида легирующих компонентов. В принципе увеличение количества легирующих элементов приводит к упрочнению твердого раствора и некоторому снижению пластичности и ухудшению свариваемости. Однако большее значение имеет элементный состав сплава.

Удовлетворительную свариваемость имеют сплавы тантала, содержащие менее 13 % (ат.) легирующих элементов. Очевидно, такое ограничение как для ниобиевых, так и для танталовых сплавов относится к элементам, которые наиболее эффективно упрочняют твердый раствор (W, Мо), так, например, сплав состава Та - 30 % Nb - 7,5 % V сваривается удовлетворительно, а сплавы Та- 12,5 % W и особенно Та- 17 % W обладают плохой свариваемостью; швы этих сплавов при комнатной температуре хрупкие, а сплав Та - 17 %W склонен к образованию горячих трещин при сварке.

Отличительной особенностью сплавов с твердорастворным упрочнением является их нечувствительность к изменению параметров режима сварки. Швы этих сплавов кристаллизуются с образованием ячеистых и дендритных структур [2].

Наличие ячеистой субструктуры приводит к увеличению общей протяженности границ, что влияет на особенность распространения трещины и разрушение при испытаниях на трещиностойкость и ударный изгиб. Поэтому, как правило, ударная вязкость металла шва несколько выше вязкости ЗТВ.

Легирование сплавов VA группы карбидообразующими элементами (Ti, Zr, Hf) способствует выделению в швах дисперсных карбидных фаз, располагающихся по границам зерен шва и ЗТВ. Выделяющая фаза приводит к снижению пластичности сварных соединений. Гомогенизация структуры швов происходит при рекристаллизационном отжиге, снижающем температуру вязкохрупкого перехода.

Механические свойства сварных соединений сплавов с твердорастворным упрочнением находятся на высоком уровне (табл. 31.11).

В отличие от чистых металлов и сплавов с твердорастворным упрочнением дисперсионно-упрочненные и комплексно-

ТАБЛИЦА 31.11 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА НИОБИЕВЫХ СПЛАВАХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Примечание. ГДС - гелиедуговая сварка.

легированные сплавы весьма чувствительны к термическому циклу сварки. При большом тепловложении в случае сварки на повышенной погонной энергии возрастает прочность шва и снижается его пластичность и ударная вязкость. Такое поведение этих сплавов можно объяснить процессами старения, которые начинают развиваться непосредственно при охлаждении шва [10]. При увеличении скорости охлаждения (сварка на больших скоростях) уменьшается количество выделяющейся в шве .пластинчатой карбидной фазы, которая является местом локализации остаточных напряжений.

Последующая термическая обработка, способствующая коагуляции и глобулизации пластинчатых выделений, частичному растворению метастабильных карбидов и выделению мелкодисперсных стабильных карбидов типа (Nb, Zr)C, (Та, Hf)C, приводит к повышению пластичности и вязкости сварных соединений. Оптимальными режимами термообработки являются: для сплава Nb-1 % Zr -0,1 % С (НЦУ) - 7= 1200°С, 1 ч; для сплава V -2,4% Zr-0,3% С (ВЦУ)-Т= 1100 °С, 1 ч; для сплава Nb -5 %W -2,0% Мо - 1 % Zr -0,1 % С (МЦУ) - 7=1200-1300 °С, 1 ч; для сплава Nb - 10 % W-1 % Zr- 0,1% С (Д-43) - Т=1400°С, 2 ч.

Особые трудности представляет сварка высоколегированных сплавов со смешанным характером упрочнения. Для сварки сплава Nb-15 % W -5 % Мо-1 % Zr -0,1 % С (F-48) необ-