Способ подготовки под сварку заготовок из титана и его сплавов

 

C0IO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1232420 А1 (gg 4 В 23 К 9/235

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Г

Я r., 1

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3837583/25-27 (22) 05.11.84 (46) 23.05.86. Бнш. Ф 19 (72) И.А.Долгополов (53) 621.791.75(088 ° 8) (5e) Авторское свидетельство СССР

У 904945, кл. В 23 К 28/00, 1979. (54)(57) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПОД СВАРКУ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ, при котором производят нагрев стыкуемых кромок и выдержку, о т л и ч а юшийся тем,. что, с ц елью повышения качества очистки металла, нагрев стыкуемых кромок осуществляют до температур в диапазоне от температуры фазового превращения до температуры плавления в течение 1,0 -60 с при удельной мощности вводимой энергии

2,0-50 Вт/мм, а выдержку производят в течение 0,1-120 с.

Д,с

ix)0

) х10

1х 70

13 )Я 11 10 9 Я 7 6 у х 10%(К)

Обратное значение пчемпературы

Фиг.1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2420 1

1 123

Изобретение относится к области соединения деталей путем сварки и может быть использовано в машиностроении, судостроении, авиастроении.

Целью изобретения является обеспечение более полной очистки металла стыкуемых кромок титановых заготовок от растворенного в нем водорода.

По предложенному способу в вакууме или в защитной среде производят нагрев стыкуемых кромок до температур

В-фазы и выдержку, обеспечивающих направленную термодиффузию растворенного водорода в сторону основного металла.

Нагрев стыкуемых поверхностей производят до температуры s диапазоне от температуры фазового превращения до температуры плавления.

Нагрев укаэанных поверхностей производят в течение 1-60 с путем выделения на них энергии удельной мощностью 2,5 - 50 Вт/мм .

При достижении температуры нагреваемой поверхности до заданной величины производят выдержку данной температуры на указанной поверхности в течение времени 0,1 с — 3 мин в зависимости от свойств сплава, требуемой степени обезводороживания металла, выбранной температуры нагрева поверхности и применяемого источника тепла.

Более полная очистка металла стыкуемых кромок от растворенного водорода позволяет получать .сварные соединения, свободные от пор при сварке на .более высоких скоростях.

Нагрев металла до температур выше температуры фазового превращения и вьдержка его при этом температуре обычной длительности (более 5 мин) вызывают рост зерна обрабатываемого материала. По этой причине ограничена максимальная температура нагрева обрабатываемой поверхности по известному способу.

Применение малых вьдержек при по верхностном нагреве позволяет производить нагрев до температур выше температуры фазового превращения без заметного роста зерна, а при минимальных выдержках, даже при нагреве металла на поверхности до температуры плавления, практически предотвратить рост зерна обрабатываемого металла.

В качестве нижней границы температуры нагрева поверхности заготовок

45 принята. температура фазового превращения. Выше этой температуры вплоть до температуры плавления титан существует в .виде Р-фазы, для которой характерна значительно большая величина коэффициента диффузии водорода, чем для ф,-фазы.

На фиг. 1 представлен график изменения коэффициента диффузии водорода в титане в зависимости от температуры; на фиг. 2 — кривая изменения. растворимости водорода в титане при парциальном давлении водорода 0,5х х10 мм рт.ст.

При температуре фазового превращения на графике наблюдается излом линии коэффициента диффузии водорода.

По разному меняется и растворимость водорода в а!- и Р-фазах.

При обработке по предложенному способу минимальная концентрация водорода в металле стыкуемых кромок может быть доведена до 0,127х10

О, 102x10 м /кг.

Кроме повышения плотности металла шва H улучшения механических свойств сварных соединений указанное уменьшение концентрации водорода в металле стыкуемых кромок позволяет заметно увеличить скорость сварки, что дает возможность во многих случаях отказаться от применения подкладок со стороны корня шва и тем самым сократить объем механической обработки сварных соединений после сварки.

Пример ° Проводят подготовку под сварку заготовок из ВТ-20 размером 100х150 мм и толщиной 25 мм.

На стыкуемых кромках (F=25x100 мм) путем вьщеления на них в течение 27 с удельной энергии 2,5 Вт/мм создается градиент температур в сторону основного металла. При этом стыкуемые поверхности заготовок нагреваются в вакууме до температуры на по-. верхности, близкой или равной температуре плавления сплава.

При созданном таким образом гради енте температур заготовки выдерживаются 60 с — 2 мин.

Сварные швы, выполненные на заготовках с подготовленными по предлагаемому способу кромками на скоростях сварки 45 и 50 м/ч, без микропор.

Ударная вязкость металла шва.и окопошовной зоны выше ударной вязкости основного металла.

Для обоснования заявленного темпе ратурного интервала на образцах из

3 12 сплава ВТ-20 размером 100х100х25 мм с плоскости 100х25 мм путем нагрева электронным лучом в вакууме создается градиент температур в сторону основного металла.

При этом обрабатываемые поверхности заготовок нагреваются до темперао туры 850 +50 С при выделении на обрабатываемой поверхности в течение 10 с удельной энергии 2,5 Вт/мм (первый вариант); до температуры плавления сплава (до оплавления поверхности) при выделении на обрабатываемой поверхности в течение 27 с удельной энергии 2,5 Вт/мм (второй вариант).

Выдержка температуры на поверхности в обоих случаях составляет

0,5 мин.

Подготовленные указанным образом образцы свариваются электронным лучом по обработанным поверхностям на скорости 60 м/ч, после чего сварные соединения проходят низкотемпературную термическую обработку для снятия сварочных напряжений и испытываются на ударную вязкость, являющуюся наиболее чувствительным видом испытаний к содержанию водорода в испытываемом металле.

Если сварные соединения образцов, подготовленных по первому варианту, 32420 имеют минимальную ударную вязкость

3,1 кгсм/см, то сварные соединения образцов, подготовленных по второму варианту, имеют минимальную ударную вязкость 4,47 кгсм/см .

Если применение поверхностной обработки при температурах. области позволяет исключить пористость при ско10 ростях сварки 20-30 м/ч, то применение поверхностной обработки при температурах области за счет более полной очистки металла от находящегося в нем водорода позволяет практически

15 исключить ее при скоростях сварки

40-60 м/ч и более.

Применение предлагаемого способа подготовки титановых заготовок под

2п сварку позволит сократить затраты. энергии на технические нузды, повысить качество и надежность сварных соединений титановых сплавов, повысить производительность как обработ2S ки кромок, так и процесса сварки, пу тем повышения скорости сварки в пять и более раз, повысить ЕИИ и долговечность сварных титановых конструкций за счет повышения прочностных характеристик сварных соединений по сравнению с известными способами.

1232420 э

Ьл ч

М м С

Составитель А.ГавРилов

Редактор Л Гратилло Техред Г Гербер Корректор А Обручар

Заказ 2728/14 Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыти

113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5 производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4