Способ сварки плавлением разнородных металлов

 

СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ, одним из которых является титан, с использованием промежуточной вставки из ниобия. отличающийся тем, что, с целью повышения качества при сварке титана с никелидом титана путем обеспечения 5-25% ниобия в шве ниобий-нйкелид титана, вставку берут шириной в 2-5 раз больше толш,ины свариваемых металлов и приваривают ее вначале к титану, а затем к никелиду титана, смеш.ая при этом дугу от оси шва на никелид титана , а температуру ванны расплава никелида титана в зоне его контакта со вставкой поддерживают в интервале между 10°С выше температуры солидуса и 100°С выше температуры ликвидуса в течение 2-120 с.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1127718 A

З(Ю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3564726/25-27 (22) 18.03.83 (46) 07.12.84. Бюл. № 45 (72) В. Б. Вихман, Ф. Г. Гонсеровский и Б. С. Крылов (53) 621.791.89 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 159905, кл. В 23 К 3/02, 1963 (прототип) (54) (57) СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ, одним из которых является титан, с использованием промежуточной вставки из ниобия, отличающийся тем, что, с целью повышения качества при сварке титана с никелидом титана путем обеспечения 5 — 25% ниобия в шве ниобий-никелид титана, вставку берут шириной в 2 — 5 раз больше толщины свариваемых металлов и приваривают ее вначале к титану, а затем к никелиду титана, смещая при этом дугу от оси шва на никелид титана, а температуру ванны расплава никелида титана в зоне его контакта со вставкой поддерживают в интервале между 10 С выше температуры солидуса и 100 С выше температуры ликвидуса в течение 2 — 120 с.

1!27718

10

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к производству сварных деталей из разнородных металлических материалов, и может быть использовано в различных отраслях техники при изготовлении тяжелонагруженных изделий с повышенными вибро-акустическими, а также износостойкими характеристиками.

Известен способ сварки титана и его сплавов с медью и ее сплавами с использованием промежжуточной вставки из ниобия (1).

Недостатком известного способа указанных разнородных металлов является то, что он не позволяет обеспечить соединение титана с никелидом титана, так как для его осуществления необходим определенный порядок выполнения швов, а также такие температурно-временные параметры существования сварочной ванны при выполнении шва ниобий — никелид титана, которые обеспечивали бы содержание ниобия в этом шве равное 5 — 25 /р.

Целью изобретения является повышение качества при сварке титана с никелидом титана путем обеспечения 5 — 25 /о ниобия в шве ниобий — никелид титана.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу сварки плавлением разнородных металлов, одним из которых является титан с использованием промежуточной вставки из ниобия, вставку берут шириной в 2 — 5 раз больше толщины свариваемых металлов и приваривают ее вначале к титану, а затем к никелиду титана, смещая при этом дугу от оси шва на никелид титана, а температуру ванны расплава никелида титана в зоне его контакта со вставкой поддерживают в интервале между 10 С выше температуры солидуса и 100 С выше температуры ликвидуса в течение. 2 — 120 С.

Ограничение температурно-временных параметров сварки объясняется следующим.

Используемая в предложенном способе вставка из тугоплавкого металла характеризуется способностью быстро растворяться в жидком никелиде титана в значительном количестве (5 — 25 /р по массе) при сохранении стехиометрического соотношения между титаном и никелем и не окрупчивать никелид титана. Нижняя граница содержания тугоплавкого металла (ниобий,,титан) в металле шва (5 /р по массе) определяется из требования исключения несплавления кромки вставки с никелидом титана, а верхняя (25 / по массе) — температурой и временем существования расплава, так как более высокое содержание тугоплавкого элемента может быть получено лишь при значительном перегреве расплава. Но в этом случае происходит увеличение размеров сварочной ванны, следствием чего является неудовлетворительное формирование шва— увеличение его ширины и черезмерная вогну15

25 зо

55 тость, вследствие, прописания сварочной ванны. Таким образом, нижняя граница температуры нагрева и величина минимального времени выдержки определяются из условия обеспечением содержания в расплаве

5 /> ниобия и гарантированного сплавления кромок никелида титана с тугоплавкой вставкой, верхняя граница температуры нагрева и максимальное значение времени су ществования расплава из условия удовлетворительного формирования шва. Кроме того увеличение времени и температуры нагрева экономически нецелесообразно

Подтверждением образования сплава с 5 — 25 /р ниобия в зоне соединения никелида титана марки THI с тугоплавким металлом (ниобий марки HI) служат экспериментальные данные, полученные микрорентгеноспектральным анализом. Соединения были получены при взаимодействии жидкой и твердой фаз в условиях, близких к граничным: температура нагрева 1200 С, выдержка 1,8 с, температура нагрева 1300 С, выдержка 120 с. Нагрев контактирующих деталей осуществляли индукционным способом, контроль температуры — с помощью термопары и потенциометра, время нагрева — с помощью секундомера.

В обоих случаях наблюдается скачкообразное изменение содержания элементов в зоне соединения, что свидетельствует об отсутствии значительной диффузии элементов из,жидкой фазы (Ti, Ni) в твердую

{NB). В то же время на участке никелида титана, подвергаемого расплавлению, обнаружен ниобий: в первом участке на длине

0,7 мм — 5 — 15 /р по массе, во втором на длине около 2 мм — 20 — 25 /р по массе.

Соотношение между никелем и титаном при этом не изменилось.

Пример. Элементы с фрезерованными и обезжиренными кромками из титанового сплава марки ВТ6С и никелида титана марки ТН! плотно состыковывали по толщине, равной 2 мм, с фрезерованным и обезжиренными боковыми кромками промежуточной вставки, выполненной из листа ниобиевого сплава марки Hl. Для контроля температуры стыка никелида титана и ниобия в последний в непосредственной близости от кромки. зачекан или плати нородиевую термопару, соединенную с осциллографом. Спай термопары зачеканивали в отверстие глубиной

1 мм и диаметром 0,5 мм со стороны противоположной электроду сварочной горелки (с нижней стороны соединения). Первоначально сваривали элементы из более тугоплавких металлов ниобия и титанового сплава, так как если сначала сваривать никелид титана с ниобием, а затем приваривать к ниобию титановый сплав, то при малой ширине вставки (менее 2 толщин) происходит вторичное черезмерное расплавление шва ниобий — никелид титана и его небла1127718

1 0

1,5,г

1320

1,0

То же

1330

То же

1300 хрупко отломился по всей длине шва

1230

Удо вл ет вор ит ель ное

1450

10 гоприятное формирование. Сварку производили аргонодуговым способом вольфрамовым электродом. В различных опытах варьировали: температуру стыка ниобий— никелид титана путем изменения сварочного тока, смешение от стыка оси электрода, ширину вставки из ниобия.

Влияние различных параметров на качество сварки приведены в таблице.

1350 Расплавление кромки ниобия в верхней части

1300 Несплавление в кор— не шва

1300 Удовлетворительное

Удовлетворительное, о тдел ьные у част ки сплавления ниобия с ТН1 при сварке пер— вого шва ниобий—

ВТ6С

Произошло сплавление всех трех компонентов при сварке пер— вого шва титан †ни бий. Элемент из ТН1

1150 Несплавление стыка ниобий-ТН1

Сильная вогнутость (провисание) и уве— личение ширины шва в

1,5 раза по сравне— нию с примерами ¹ 3 и№4

1360 Незначительная вог— нутость шва

1127718

Составитель А. Гаврилов

Редактор Л. Лосева Техред И. Верес Корректор М. Демчик

3аказ 8811/10 Тираж 1036 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

При смещении электрода на элемент из ниобия (примеры № 2 и № 3) имеет место несплавление стыка ниобий — никелид титана с нижней стороны. Удовлетворительное формирование шва имело место при смещении оси электрода в сторону никелида титана, температуре стыка 1240-1330 С и ширине вставки не менее 4 мм, что равняется удвоенной толщине свариваемых элементов (примеры № 4, 5, 6, 8, .11). При меньшей ширине вставки (2 мм в примере 7) произошло расплавление элементов из сплава

ВТ6С, ниобия и кромки никелида титана с образованием общей ванны с лицевой стороны соединения, что привело к нарушению стехиометрического состава между никелем и титаном. Шов оказался хрупким и при небольшой деформации изгиба разрушился.

При недостаточном нагреве кромки из ниобия (до 1150 С пример № 9) имело место несплавление кромок стыка ниобий — никелид титана, а при его перегреве (1360—

1420 С, примеры № 10,11) шов имел вогнутую форму.

Отсутствие смещения электрода относительно стыка никелид титан-ниобий (примерно № 1) приводит к расплавлению последнего .и образованию общей сварочной ванны.

При минимально допустимой ширине вставки это может привести к частичному расплавлению шва, соединяющему титан с ниобием, увеличению содержания титана в шве, соединяющем никелид титана с ниобием, нарушению в нем стехиометрического соотношения между титаном и никелем и охрупчиванию.

Верхняя граница ширины вставки (в 5 раз больше толщины) определяется технической целесообразностью, так как сплавы на основе ниобия характеризуются большей плотностью и меньшей прочностью.

Испытание на изгиб соединений с удовлетворительным формированием швов (примеры № 4, 5, 6, 8, 11) показало их высокую пластичность. Трещины зарождались в основном металле или зоне термического влияния наименее пластичного сплава ВТ6С (рис 3,4). При использовании в качестве вставки ниобиевого сплава 5ВМЦ образцы с .поперечным соединением имели высокую прочность. Разрушение их при растяжении происходило по основному металлу вставки при напряжениях 590 МПа (-50 С), 15 505 МПа (20 С) и 425 МПа (150 С).

Гаким образом, способ позволяет сварить состыкованные по толщине элементы их разнородных металлических материалов, 20 одним из которых является никелид титана, обладающий высокой демпфирующей способностью, термомеханической памятью, стойкостью против износа и коррозии в агрессивных средах, а другим — титановый сплав.

Способ достаточно универсален в связи с его принципиальной пригодностью для изготовления детали с элементами, выполненными из других конструктивных металлических материалов таких как стали сплавов циркония и других тугоплавких металлов. Способ позволяет экономно использовать дефицитный и дорогостоящий. (60—

100 руб. за 1 кг заготовки) никелид титана, так как делает возможным из этого материала изготавливать не всю деталь, а только ее активную часть, герметично и надежно соединенную с элементами, состовляющими остальную часть детали.