Начать новую тему Эта тема закрыта, вы не можете редактировать и оставлять сообщения в ней.
Страница 1 из 1
[ 7 сообщений ]
Версия для печати
Пред. тема | След. тема
Автор
Сообщение
Yury_old
О жесть! Лучше забыть.
Термообработка нужна ПОСЛЕ сварки. Если хромолевая рама не термообработана после сварки, то места, по которым проводилась сварка, будут отожжены или нормализованы. Не забывайте, что прочность цепи определяется самым слабым звеном. Если рама из хроммолибдена после сварки не проходит термообработку, то она, в сущности, ослабляется и этот недостаток встречается практически у всех рамостроителей (кто ничего не смыслит в материаловедении), игнорирующих этот важный момент. Пайка латунью или серебросодержащими припоями вместо сварки позволит избежать ослабления.»
В статье рассказывается о физических свойствах тугоплавкого металла молибдена, его взаимодействии с другими металлами в высокотемпературной среде. Рассмотрены правила и особенности сварки молибдена.
Замечательный молибден
Физические свойства молибдена позволяют использовать его как добавку в процессе производства сплавов с высокой степенью стойкости к воздействию коррозии. Чистый молибден получил очень широкое распространение. С его применением изготавливаются лазерные зеркала, различные термостойкие нагревательные элементы.
Параметры процесса сварки молибдена
При сварке тантала, молибдена, вольфрама и других тугоплавких металлов, прежде всего, учитывается чистота химического состава. Чем чище металл, тем легче соблюсти параметры процесса и получить качественный шов.
Для молибдена и других металлов с высокой температурой плавления существует несколько способов сварки:
Аналогичные технологии применяются, например, в процессе сваривания тантала. Электродами из графита тантал варят в защитной среде тетрахлорметана (четыреххлористого углерода) при напряжении дуги 25-30В.
При сварке металла с температурой выше 300 °С необходимо тщательно контролировать состав и свойства защитной среды:
Сварка молибдена и других тугоплавких металлов осложнена тем, что из-за наличия примесей металл становится хрупким. При перегреве происходит изменение структуры кристаллической решетки и рост зернистости. Частично повышается показатель пластичности сварных швов и снижается остаточное напряжение металла при его термической обработке.
При подготовке к проведению работ для получения качественного соединения необходимо произвести обработку стыков с целью зачистки неровностей. Несложные швы с прямыми кромками срезают абразивным камнем. Более сложная конфигурация кромок молибденовых сплавов предусматривает их вырезку гильотинными ножницами и фрезеровку. Перед началом сварки для очистки от грязи и шлаковых примесей производится химическое травление поверхностей.
Зачем в стали нужен молибден
Наиболее значимой конструкционной характеристикой тугоплавких металлов является жаропрочность. Как легирующий компонент металл применяется при выплавке особо прочных сталей с высокой степенью вязкости, что очень важно при сварке. Хромомолибденовые стали изготавливают с применением легирующей добавки в виде молибденового порошка, спрессованного в штабики.
Высоколегированная хромомолибденовая сталь сварке лучше всего поддаётся при использовании защитных сред из летучих газов. Заготовки свариваются молибденовыми или вольфрамовыми электродами с применением сварочной проволоки, обработанной хромом, ванадием или никелем. Два основных режима сварки:
Сварка низколегированных молибденовых и хромомолибденовых теплоустойчивых сталей
Низколегированные молибденовые (марок 12М, 15М, 20М) и хромомолибденовые (марок 12ХМ, 20ХМ, ЗОХМ) теплоустойчивые стали содержат 0,12—0,35% углерода, 0,8—!,1% хрома и 0,15— 0,65% молибдена. Например, сталь 12ХМ содержит до 0,16% углерода, 0,4—0,7% марганца, 0,17—0,37% кремния, 0,4—0,6% молибдена, 0,8—1,1% хрома, не более 0,3% никеля, не более 0,04% серы и 0,04% фосфора. Присутствие в составах этих сталей молибдена или молибдена и хрома придает им способность сохранять свои свойства в условиях воздействия на них температуры 400— 500° в течение длительного времени.
Из таких сталей изготовляются детали паровых котлов и турбин, газовых турбин, аппаратов нефтеперегонных и химических производств, арматуры. Эти стали свариваются удовлетворительно, но склонны к образованию мелких трещин около шва в переходной зоне и требуют точной подгонки кромок под сварку. Зазор в корне шва должен быть всюду одинаков и составлять:
При толщине металла, мм до 5 — 0,5 мм
» » » » более 15 — от 4 до 6 мм
Для примера приведем состав покрытия ЦЛ-14: 26% ферромарганца малоуглеродистого, 3,5% ферромолибдена, 3,5% ферротитано, 3% феррохрома, 30% плавикового шпата, 29% мрамора или гранита, 5% крахмала, 18—20% жидкого стекла (к весу сухого покрытия). Коэффициент наплавки покрытия Ки = 10,6 г/а • час.
Хромомолибденовые стали рекомендуется сваривать электродами из малоуглеродистой проволоки с покрытием УОНИ-13 45 или УОНИ-13/55, в обмазку которых дополнительно вводится 5% феррохрома и 0 5% ферромолибдена (к весу сухой части покрытия). В этом случае наплавленный металл получает дополнительное легирование хромом до 0,65% и молибденом до 0,596.
Стали толщиной до 6 мм свариваются в один слой, а при большей толщине — в несколько слоев. Во время сварки температура стыка не должна понижаться ниже 250°. Если сварку приходится прервать, го необходимо обеспечить медленное остывание шва. При возобновлении сварки шов следует вновь подогреть до 250°.
Прекращать сварку после наложения первого слоя нельзя, так как быстрое его остывание может вызвать трещины. По той же причине вести сварку этих сталей при окружающей температуре ниже —10° можно только с подогревом стыка до 250—400°. При многослойной сварке применяют каскадный метод, причем сварку ведут короткими участками.
Конструкции из молибденовой и хромомолибденовой стали с толщиной стенки свыше 10 мм должны после сварки подвергаться нормализации с нагревом до 900—930°, выдержкой при этой температуре в течение 0,75 мин/мм толщины металла и последующим охлаждением на спокойном воздухе.
При содержании в стали углерода менее 0,2% можно ограничиваться отжигом с нагревом до 650—680°, выдержкой при этой температуре в течение 2,5—3 мин/мм толщины металла и последующим охлаждением со скоростью 50—75° в час до 300° и затем на воздухе.
Сварные стыки труб из молибденовой и хромомолибденовой стали подвергаются термообработке и при толщине стенки менее 10 мм. Стыки труб из молибденовой стали, сваренные дуговой сваркой, могут и не подвергаться термообработке, если результаты механических и металлографических испытаний образцов, вырезанных из контрольных стыков, не подвергавшихся термообработке, будут удовлетворительными.
Когда заходит речь о сварочных работах, в основном упоминаются названия сталей, чугуна или цветных металлов. Но развитие новых отраслей техники требует от производства внедрения тугоплавких металлов, каковыми являются молибден и тантал.
Они выделяются среди материалов повышенной температурой плавления, превышающей 2 500° C. Однако их использование так же оправдывается стойкостью к коррозии, устойчивостью агрессивным средам.
Однако детали и конструкции, сделанные из таких жаропрочных материалов, иногда выходят из строя, что требует их соединения свариванием.
Замечательный молибден
Молибден, широкое применяющийся при производстве разнообразных сплавов и легированных сталей, впервые был получен с примесями углерода и карбида в 1782 году химиком из Швеции П. Гьельмом. В 1817 году Йенс Якоб Берцелиус впервые извлёк чистый металл, восстанавливая оксид молибдена водородом. Молибден в числе прочих металлов со сходными физическими свойствами (тантал, ниобий, рений, вольфрам) обладает очень высокой температурой плавления — 2617 оС.
Физические свойства молибдена позволяют использовать его как добавку в процессе производства сплавов с высокой степенью стойкости к воздействию коррозии. Чистый молибден получил очень широкое распространение. С его применением изготавливаются лазерные зеркала, различные термостойкие нагревательные элементы.
Основные характеристики молибдена, и особенности сварки с разными металлами
Атомная решётка молибдена имеет вид объёмного куба и не меняется до достижения температуры плавления. Он устойчив против серной, соляной, фосфорной, плавиковой кислот, расплавов металлов и щелочей. Взаимодействует с кислородом от 673 К, сильно окисляется с 873 К, чистый азот не воздействует до температуры 1273 К. Раствор можно произвести с помощью царской водки или азотной кислотой большой концентрации.
Сплавы молибдена имеют такие добавки:
При применении в промышленности возникает ряд технических препятствий:
Первоначально молибден относился к несвариваемым металлам. Но высокие показатели плавления (1500-2000 °C), когда железо и никель переходят в жидкое состояние, вынудили на поиск решения проблемы.
В чистом виде молибден — серебристый металл, который хорошо куётся при высоких температурах, не подвержен влиянию воздуха, коррозии и полиморфным метаморфозам.
В сталях количество молибдена достигает 0,15–0,18%. Его специально добавляют для повышения ударных и температурных показателей, но при этом сварка затрудняется, а в переходных зонах образуются трещины. Он сильно выгорает и окисляется. Применяют специальную сварочную проволоку, которая обрабатывается никелем, хромом, ванадием. Это позволяет достичь прочных швов.
Сварка молибденом
Лучшие результаты при сварке достигаются при режиме р = 9,8 МПа, Т = 1973 K, t = 5 мин. При использовании этих параметров, изменений структуры материалов в зоне стыков не наблюдается. Улучшить свариваемость, можно используя металлические прокладки с мелкозернистой структурой.
Молибден сваривается методом контактной и дуговой сварки с использованием защитной атмосферы гелия, аргона. С задействованием твёрдого и мягкого припоя на основе серебра и меди. Рекристаллизация напрямую зависит от чистоты и степени деформации. При пересечении определённого порога поверхность становится хрупкой. По сравнению с другими металлами температурный коэффициент линейного расширения невелик α = 5,6. Из-за этого показателя сварку осуществляют в вакууме или аргоновой среде. А перед процедурой поверхность очищают от оксидной плёнки с помощью расплава.
Для сварки пригодно большинство припоев, которые используют при пайке вольфрама. Золото и никель помогут получить надёжное соединение и крепкий шов. Но такой припой не получил широкого распространения из-за дефицитных материалов.
Молибден и медь
Молибден и медь не растворяются друг в друге. Распространённые данные по молибденовой диффузионной сварке меди противоречивы. При использовании одинаковых параметров одни соединения обладают прочностью до 157 МПа, а другие хрупкие. Наибольшие показатели деформации меди достигались — р = 14,7 МПа, Т = 1223 K, t = 15–30 мин. При сохранении вакуумной плотности, такое соединение не обладает высокими показателями термической стойкости. Разница температурного расширения между медью и молибденом приводит к напряжению деталей при температурной обработке. Отсутствие диффузионной зоны в соединении не приводит к релаксационным процессам.
При связывании деталей из меди и молибдена с использованием сварки, нужно задействовать слой никеля, который растворим с обоими металлами. Гальваническим путём наносится слой толщиной 7–14 мкм. Лучший показатель при диффузионной сварке достигался с покрытием в один слой. Повторное нанесение или хромирование не увеличивает эффективность. Для достижения максимальной прочности сварки молибдена с медью через слой никеля, нужно использовать такие параметры — р = 14,7–15,7 МПа, Т = 1223–1323 K, t = 10–40 мин. При оптимальном режиме среднее электрическое сопротивление пластин 1,2 — 10 Ом.
Вольфрам и молибден
Молибденовая сварка вольфрама осуществляется — р = 19,6–39,2 МПа, Т = 1873–2173 K, t = 15–30 мин. После завершения процесса образец испытывают на изгиб. Лучшие показатели были получены — p = 19,6 МПа, Т = 2173 K, t = 15 мин. Но соединения получились недостаточно прочными, для повышения этого показателя используют промежуточную прокладку из тантала. С использованием танталовой фольги (толщина 50 мкм) осуществляют — р = 19,6 МПа, Т = 2173 K, t = 20 мин.
Исследование результатов сварки показывает полосу фольги, граница вольфрама волнистая. Для нормальной сварки тантала нужно увеличить в сварочной камере степень разряжения. Повышение времени выдержки до 60 минут не изменило микроструктуру. Но при использовании фольги молибдена толщиной 50 мкм, непровар исчез.
Сварочные соединения вольфрама очень хрупкие после вакуумного отжига, но после 1 часа этот показатель снижается.
Молибден широко используется в промышленности из-за своих технических характеристик, но его сварка требует особого обхождения. Использование специальной проволоки поможет значительно облегчить процесс.
Параметры процесса сварки молибдена
При сварке тантала, молибдена, вольфрама и других тугоплавких металлов, прежде всего, учитывается чистота химического состава. Чем чище металл, тем легче соблюсти параметры процесса и получить качественный шов.
Для молибдена и других металлов с высокой температурой плавления существует несколько способов сварки:
Аналогичные технологии применяются, например, в процессе сваривания тантала. Электродами из графита тантал варят в защитной среде тетрахлорметана (четыреххлористого углерода) при напряжении дуги 25-30В.
Перед началом работ необходимо произвести обработку свариваемых поверхностей. Очистка осуществляется травлением. В состав применяемой при травлении горячей смеси входят серная, азотная, плавиковая и хромовая кислоты. Применяется и другой способ очистки — электрополировка.
При сварке металла с температурой выше 300 °С необходимо тщательно контролировать состав и свойства защитной среды:
Сварка молибдена и других тугоплавких металлов осложнена тем, что из-за наличия примесей металл становится хрупким. При перегреве происходит изменение структуры кристаллической решетки и рост зернистости. Частично повышается показатель пластичности сварных швов и снижается остаточное напряжение металла при его термической обработке.
При подготовке к проведению работ для получения качественного соединения необходимо произвести обработку стыков с целью зачистки неровностей. Несложные швы с прямыми кромками срезают абразивным камнем. Более сложная конфигурация кромок молибденовых сплавов предусматривает их вырезку гильотинными ножницами и фрезеровку. Перед началом сварки для очистки от грязи и шлаковых примесей производится химическое травление поверхностей.
Основные способы сварки титана
Не все распространенные технологии применимы к этому металлу и его сплавам. Главная причина – химическая активность титана. Попадание в рабочую зону инородных соединений (нитридов, оксидов, карбидов) резко снижают качество шва.
Используемые для сварки титана методики
Особенности сварки титана
Сварка титана (сплавов) аргоном
Подготовка свариваемых образцов (кромок)
Механическая обработка и обезжиривание, при необходимости – травление кислотой. Задача – полное удаление пленки оксидов примерно на 20 мм от подлежащих соединению кромок. Специфика в том, что вся работа должна проводиться в защитных перчатках (рукавицах). Касание деталей руками недопустимо из-за возможного загрязнения сплава.
Если механической очистки недостаточно, то прибегают к газокислородной (с помощью горелки).
Что можно использовать:
Критерии оценки качества подготовки
Проволока
Она выбирается в соответствии с группой сплава, подлежащего сварке (см. выше). На бирке (или упаковке) обязательно есть необходимая информация, так как вся продукция маркируется.
Перед применением проволока зачищается (если необходимо, шкуркой не выше № 12) и обезжиривается. Ее можно готовить и заранее, но в этом случае она герметизируется (например, заворачивается в п/э) и помещается в плотно закрывающийся пенал (тубу). Но хранение в таких условиях – не более 5 суток.
Горелка
Для сварки титана любая не подходит. Используются модели с соплом из керамики и специальной (газовой) линзой.
Зачем в стали нужен молибден
Наиболее значимой конструкционной характеристикой тугоплавких металлов является жаропрочность. Как легирующий компонент металл применяется при выплавке особо прочных сталей с высокой степенью вязкости, что очень важно при сварке. Хромомолибденовые стали изготавливают с применением легирующей добавки в виде молибденового порошка, спрессованного в штабики.
Высоколегированная хромомолибденовая сталь сварке лучше всего поддаётся при использовании защитных сред из летучих газов. Заготовки свариваются молибденовыми или вольфрамовыми электродами с применением сварочной проволоки, обработанной хромом, ванадием или никелем. Два основных режима сварки:
Применяется также метод сваривания сложных швов внахлёст. Полученные швы называются пробочными. Для контроля качества сварных швов применяются ультразвуковой метод неразрушающего контроля. Для корректировки физико-химических параметров процесса сварки применяется также разрушающий контроль — механические и металлографические исследования.
Исходные данные и история вопроса
Мало кто знает, что один из самых прочных металлов на Земле – титан – довольно распространён в природе. Его проще найти, чем цинк или медь. Этот тусклый металл сероватого оттенка плавится при 1700 °C, но после нагревания до 400 °C начинает проявлять бурную химическую активность. Его техническая ценность заключается в высокой коррозиостойкости и сравнительно небольшой теплоте при сваривании.
Ещё интереснее особенность кристаллической решётки титана. В зависимости от температуры, он может существовать в альфа или бета фазе. Титан и его сплавы учёные-химики разделили на α, α + β и β группы. Особенность их сварки сильно различается.
Не обойти вопрос о насыщенном альфированном слое, возникающем даже при обычной температуре на поверхности титана. Это растворённый кислород! Плёнка бывает золотистого, фиолетового и даже белого цвета. Ну а взаимодействие с атмосферным азотом приводит к росту прочности, но титан начинает крошиться. Водород же порождает трещины и поры в швах.
Рекомендуем! Как правильно научиться варить инверторной сваркой
Как сварить титан
Ознакомимся с дуговой сваркой титана. Её осуществляют в среде, состоящей из смеси двух инертных газов: аргона и гелия. Они и защищают место сварки металла от губительного воздуха, не нанося никакого вреда сами по себе. Блестящая идея! Но реализовать её на практике оказалось непростой задачей… Решили, что смесь будет поступать из сопла горелки, а чтобы увеличить защищённую потоком площадь, применили специальные насадки. А как же быть с противоположной стороной соприкосновения деталей? Чтобы надёжно заварить, тут на помощь пришли планки из меди с желобом для поступления аргона.
А как быть, если конструкция свариваемых деталей сложная? В таком случае не обойтись без специальной камеры с заданной атмосферой (упоминавшаяся выше смесь). Она может быть небольшой, в виде локальной насадки из ткани, для конкретного узла. Либо жёсткой, побольше, из металла, в которые предварительно ставят детали и всю требуемую для сварки оснастку. Но в любом случае сварщик должен хорошо видеть место сварки и свободно выполнять все необходимые манипуляции, что обеспечивают специальные рукавицы и иллюминаторы.
Защитная камера для сварки титана
Наконец, для сварки самых крупных деталей сварочная камера может достигать размеров приличной жилой комнаты, выполненной в металле, герметичной и со шлюзами. Внутри устанавливается всё необходимое, взамен откачанного воздуха пространство заполняется аргоном, а сварщики на время выполнения работ превращаются в космонавтов с настоящими скафандрами!
Рекомендуем! Как работает полуавтоматическая сварка: устройство, принцип работы, технология
Атомная решётка молибдена имеет вид объёмного куба и не меняется до достижения температуры плавления. Он устойчив против серной, соляной, фосфорной, плавиковой кислот, расплавов металлов и щелочей. Взаимодействует с кислородом от 673 К, сильно окисляется с 873 К, чистый азот не воздействует до температуры 1273 К. Раствор можно произвести с помощью царской водки или азотной кислотой большой концентрации.
Сплавы молибдена имеют такие добавки:
При применении в промышленности возникает ряд технических препятствий:
Первоначально молибден относился к несвариваемым металлам. Но высокие показатели плавления (1500-2000 °C), когда железо и никель переходят в жидкое состояние, вынудили на поиск решения проблемы.
В чистом виде молибден — серебристый металл, который хорошо куётся при высоких температурах, не подвержен влиянию воздуха, коррозии и полиморфным метаморфозам.
В сталях количество молибдена достигает 0,15–0,18%. Его специально добавляют для повышения ударных и температурных показателей, но при этом сварка затрудняется, а в переходных зонах образуются трещины. Он сильно выгорает и окисляется. Применяют специальную сварочную проволоку, которая обрабатывается никелем, хромом, ванадием. Это позволяет достичь прочных швов.
Сварка молибденом
Лучшие результаты при сварке достигаются при режиме р = 9,8 МПа, Т = 1973 K, t = 5 мин. При использовании этих параметров, изменений структуры материалов в зоне стыков не наблюдается. Улучшить свариваемость, можно используя металлические прокладки с мелкозернистой структурой.
Молибден сваривается методом контактной и дуговой сварки с использованием защитной атмосферы гелия, аргона. С задействованием твёрдого и мягкого припоя на основе серебра и меди. Рекристаллизация напрямую зависит от чистоты и степени деформации. При пересечении определённого порога поверхность становится хрупкой. По сравнению с другими металлами температурный коэффициент линейного расширения невелик α = 5,6. Из-за этого показателя сварку осуществляют в вакууме или аргоновой среде. А перед процедурой поверхность очищают от оксидной плёнки с помощью расплава.
Для сварки пригодно большинство припоев, которые используют при пайке вольфрама. Золото и никель помогут получить надёжное соединение и крепкий шов. Но такой припой не получил широкого распространения из-за дефицитных материалов.
Молибден и медь
Молибден и медь не растворяются друг в друге. Распространённые данные по молибденовой диффузионной сварке меди противоречивы. При использовании одинаковых параметров одни соединения обладают прочностью до 157 МПа, а другие хрупкие. Наибольшие показатели деформации меди достигались — р = 14,7 МПа, Т = 1223 K, t = 15–30 мин. При сохранении вакуумной плотности, такое соединение не обладает высокими показателями термической стойкости. Разница температурного расширения между медью и молибденом приводит к напряжению деталей при температурной обработке. Отсутствие диффузионной зоны в соединении не приводит к релаксационным процессам.
При связывании деталей из меди и молибдена с использованием сварки, нужно задействовать слой никеля, который растворим с обоими металлами. Гальваническим путём наносится слой толщиной 7–14 мкм. Лучший показатель при диффузионной сварке достигался с покрытием в один слой. Повторное нанесение или хромирование не увеличивает эффективность. Для достижения максимальной прочности сварки молибдена с медью через слой никеля, нужно использовать такие параметры — р = 14,7–15,7 МПа, Т = 1223–1323 K, t = 10–40 мин. При оптимальном режиме среднее электрическое сопротивление пластин 1,2 — 10 Ом.
Вольфрам и молибден
Молибденовая сварка вольфрама осуществляется — р = 19,6–39,2 МПа, Т = 1873–2173 K, t = 15–30 мин. После завершения процесса образец испытывают на изгиб. Лучшие показатели были получены — p = 19,6 МПа, Т = 2173 K, t = 15 мин. Но соединения получились недостаточно прочными, для повышения этого показателя используют промежуточную прокладку из тантала. С использованием танталовой фольги (толщина 50 мкм) осуществляют — р = 19,6 МПа, Т = 2173 K, t = 20 мин.
Исследование результатов сварки показывает полосу фольги, граница вольфрама волнистая. Для нормальной сварки тантала нужно увеличить в сварочной камере степень разряжения. Повышение времени выдержки до 60 минут не изменило микроструктуру. Но при использовании фольги молибдена толщиной 50 мкм, непровар исчез.
Сварочные соединения вольфрама очень хрупкие после вакуумного отжига, но после 1 часа этот показатель снижается.
Молибден широко используется в промышленности из-за своих технических характеристик, но его сварка требует особого обхождения. Использование специальной проволоки поможет значительно облегчить процесс.
Атомная решётка молибдена имеет вид объёмного куба и не меняется до достижения температуры плавления. Он устойчив против серной, соляной, фосфорной, плавиковой кислот, расплавов металлов и щелочей. Взаимодействует с кислородом от 673 К, сильно окисляется с 873 К, чистый азот не воздействует до температуры 1273 К. Раствор можно произвести с помощью царской водки или азотной кислотой большой концентрации.
Лучшие результаты при сварке достигаются при режиме р = 9,8 МПа, Т = 1973 K, t = 5 мин. При использовании этих параметров, изменений структуры материалов в зоне стыков не наблюдается. Улучшить свариваемость, можно используя металлические прокладки с мелкозернистой структурой.
Молибденовая сварка вольфрама осуществляется — р = 19,6–39,2 МПа, Т = 1873–2173 K, t = 15–30 мин. После завершения процесса образец испытывают на изгиб. Лучшие показатели были получены — p = 19,6 МПа, Т = 2173 K, t = 15 мин. Но соединения получились недостаточно прочными, для повышения этого показателя используют промежуточную прокладку из тантала. С использованием танталовой фольги (толщина 50 мкм) осуществляют — р = 19,6 МПа, Т = 2173 K, t = 20 мин.