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

лов, полученных методами твердофазного компактирования порошков или препрегов с порошковой или напыленной матрицей, возможна пористость по границе сплавления и примыкающим к ней межфазным границам, ухудшающая не только прочностные свойства, но и герметичность сварного соединения. В зоне 4 (сварном шве) можно выделить 3 участка:

- участок 4, примыкающий к оси шва, где из-за сильного перегрева под дугой металлического матричного расплава и наибольшей длительности пребывания металла в расплавленном состоянии происходит полное растворение армирующей фазы;

- участок 4", характеризующийся более низкой температурой нагрева расплава и меньшей длительностью контактирования армирующей фазы с расплавом. Здесь эта фаза лишь частично растворяется в расплаве (например, уменьшается диаметр волокон, на их поверхности появляются раковины; нарушается однонаправленность армирования);

- участок 4", где заметного изменения размеров армирующей фазы не происходит, но развивается интенсивное взаимодействие с расплавом, образуются прослойки илн островки хрупких продуктов взаимодействия, снижается прочность армирующей фазы. В итоге зона 4 становится зоной максимального повреждения композиционного материала прн сварке.

II. Из-за различий в тепловом расширении материала матрицы и армирующей фазы в сварных соединениях композиционных материалов возникают дополнительные термоупругне напряжения, вызывающие образование различных дефектов: растрескивание, разрушение хрупких армирующих фаз в наиболее нагретой зоне 4 соединения, расслоения по межфазным границам в зоне 3.

Для обеспечения высоких свойств сварных соединений композиционных материалов рекомендуется следующее.

Во-первых, из известных методов соединения следует отдать предпочтение методам сварки в твердой фазе, при которых вследствие меньшей подводимой энергии можно достичь минимальной деградации свойств компонентов в зоне соединения.

Во-вторых, режимы сварки давлением должны быть выбраны так, чтобы исключить смещение илн дробление армирующего компонента.

В-третьих, при сварке плавлением композиционных материалов следует выбирать способы и режимы, обеспечивающие минимальное тепловложение в зону соединения.

В-четвертых, сварку плавлением следует рекомендовать для соединения композиционных материалов с термодинамически совместимыми компонентами, такими, как медь - вольфрам, медь - молибден, серебро - вольфрам, или армированных термостойкими наполнителями, например волокнами карбида кремния, илн наполнителями с барьерными покрытиями, напри-

мер волокнами бора с покрытиями карбида бора или карбида кремния.

В-пятых, электродный или присадочный материал или материал промежуточных прокладок для сварки плавлением или пайки должен содержать легирующие добавки, ограничивающие растворение армирующего компонента и образование хрупких продуктов межфазного взаимодействия в процессе сварки и при последующей эксплуатации сварных узлов.

38.5.1. Сварка композиционных материалов

Волокнистые и слоистые композиционные материалы чаще всего соединяют внахлестку. Отношение длины перекрытия к толщине материала обычно превышает 20. Такие соединения могут быть дополнительно усилены заклепочными или болтовыми соединениями. Наряду с нахлесточными соединениями возможно выполнение стыковых и угловых сварных соединений в направлении армирования и, реже, поперек направления армирования. В первом случае при правильном выборе способов и режимов сварки или пайки возможно достижение равнопрочности соединения; во втором случае прочность соединения обычно не превышает прочности матричного материала.

Композиционные материалы, армированные частицами, короткими волокнами, нитевидными кристаллами, сваривают с использованием тех же приемов, что и дисперсионно-твердею-щие сплавы или порошковые материалы. Равнопрочность сварных соединений основному материалу в этом случае может быть достигнута при условии, если композиционный материал изготовлен методами жидкофазной технологии, армирован термостойкими наполнителями и при выборе соответствующих режимов сварки и сварочных материалов. В ряде случаев электродный или присадочный материал может быть аналогичен или близок по композиции основному материалу.

38.5.2. Дуговая сварка в среде защитных газов

Метод используют для сварки плавлением композиционных материалов с матрицей из химически активных металлов и сплавов (алюминия, магния, титана, никеля, хрома). Сварку осуществляют неплавящимся электродом в атмосфере аргона или смеси с гелием. Для регулирования теплового воздействия сварки на материалы целесообразно применение импульсной дуги, сжатой дуги или трехфазной дуги.

Для повышения прочности соединений рекомендуют выполнять швы композиционными электродами или присадочными проволоками с объемным содержанием армирующей фазы 15-20%. В качестве армирующих фаз применяют короткие волокна бора, сапфира, нитрида или карбида кремния.

38.5.3. Электронно-лучевая сварка

Преимущества метода - в отсутствии окисления расплавленного металла и армирующего наполнителя, вакуумной дегазации металла в зоне сварки, высокой концентрации энергии в пучке, позволяющей получить соединения с минимальной шириной зоны плавления и околошовной зоны. Последнее преимущество особенно важно при выполнении соединений волокнистых композиционных материалов в направлении армирования. При специальной подготовке соединений возможна сварка с использованием присадочных проставок.

38.5.4. Контактная точечная сварка

Наличие армирующей фазы в композиционном материале снижает его тепло- и электропроводность по сравнению с материалом матрицы и препятствует формированию литого ядра. Удовлетворительные результаты получены при точечной сварке тонколистовых композиционных материалов с плакирующими слоями. При сварке листов различной толщины или композиционных листов с однородными металлическими листами для того, чтобы вывести ядро сварной точки в плоскость соприкосновения листов и сбалансировать разницу в электропроводности материала, подбирают электроды с разной проводимостью, с обжатием периферийной зоны, изменяют диаметр и радиус закругления электродов, толщину плакирующего слоя, применяют дополнительные прокладки [11].

Средняя прочность сварной точки при сварке одноосноарми-рованных бор алюминиевых пластин толщиной 0,5 мм (с объемной долей волокон 50%) составляет 90% от прочности бора-люминия эквивалентного сечения. Прочность соединения листов боралюминня с перекрестным армированием выше, чем листов с одноосным армированием.

38.5.5. Диффузионная сварка

Процесс проводят при высоком давлении без использования припоя. Так, детали из боралюминня, подлежащие соединению, нагревают в герметичной реторте до температуры 480 °С при давлении до 20 МПа и выдерживают в этих условиях в течение 30-90 минут. Технологический процесс диффузионной точечной сварки сопротивлением боралюминня с титаном почти не отличается от точечной сварки плавлением. Разница в том, что режим сварки и форма электродов подобраны так, чтобы температура нагрева алюминиевой матрицы была близка к температуре плавления, но ниже ее. В результате в месте контакта образуется диффузионная зона толщиной от 0,13 до 0,25 мкм.