Химически активные тугоплавкие металлы (цирконий, ниобий, тантал, молибден и др)

В связи с развитием новых отраслей техники расширяется применение тугоплавких металлов и сплавов на их основе: циркония, ниобия, тантала, молибдена и др. Эти металлы обладают высокой жаропрочностью, коррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред и другими специальными свойствами.

При сварке тугоплавких металлов возникают серьезные затруднения, вызываемые их высокой температурой плавления, большим сродством к газам атмосферы при повышенных температурах, охрупчивающим действием этих газов (прежде всего кислорода), склонностью к росту зерен при нагреве и др.

На основании выполненных за последние годы исследований свариваемости таких металлов их можно условно разделить на две группы. В первую группу удовлетворительно сваривающихся плавлением металлов можно отнести цирконий, ниобий, тантал и ванадий. Металлы второй группы — молибден, вольфрам и хром — свариваются значительно хуже. Сварные соединения этих сплавов весьма склонны к образованию трещин, малопластичны при нормальной температуре.

Сплавы на основе тугоплавких металлов, полученные методом порошковой металлургии, плохо свариваются: в швах образуются поры, сварные соединения склонны к образованию трещин. Поэтому для сварных конструкций применяют металлы и сплавы, выплавленные в контролируемой атмосфере инертных газов (дуговой метод плавки) или в вакууме (электроннолучевой метод плавки).

Уменьшение содержания вредных примесей в исходном металле— одна из основных задач металлургии химически активных тугоплавких металлов. Весьма важно в процессе сварки исключить загрязнение металлов примесями внедрения. Поэтому для соединения рассматриваемых металлов применяют методы электродуговой сварки в среде инертных газов, главным образом в камерах с контролируемой атмосферой, и электроннолучевую сварку.

Дуговую сварку неплавящимся электродом выполняют постоянным током прямой полярности. Повышенные требования предъявляются к чистоте инертных газов. Перед заполнением камер газ подвергают очистке от влаги пропусканием через сили-кагель марки КСМ и ШСМ (ГОСТ 3956—54) и алюмогель. Применяют также разные методы дополнительной очистки газа от кислорода, из которых наиболее простой — пропускание газа через нагретую до температуры 900—1000° С титановую стружку или губку.

Для тугоплавких металлов в ряде случаев отдают предпочтение гелию, так как при гелие-дуговой сварке эффективная мощность дуги значительно больше, чем при сварке в среде аргона. Помимо этого содержание вредных примесей — газов в гелии может быть доведено при очистке до меньших величин, чем при очистке аргона. Чтобы избежать загрязнения шва, сварку, как правило, выполняют неплавящимся электродом без присадки. Поэтому применение находят в основном стыковые и нахлесточ-ные соединения без разделки кромок. При сварке вне камеры необходимы специальные устройства для защиты зоны сварки, остывающих участков шва и околошовной зоны, а также обратной стороны шва.

Так как наиболее совершенная защита шва от газов атмосферы достигается при электроннолучевой сварке в вакууме, этот метод наиболее эффективен для соединения химически активных тугоплавких металлов. Большое значение имеют также и другие преимущества данного метода и в первую очередь возможность получения узких зон расплавления и термического влияния и благодаря этому малых деформаций.

Так, при электроннолучевой сварке молибдена ширина шва в 2—2,5 раза меньше, чем при дуговой сварке неплавящимся электродом (табл. 11-17).

Электроннолучевую сварку выполняют при давлении в рабочем объеме камеры не выше Ю-5—10~4 мм рт. ст. Предпочтения заслуживают системы откачки с безмасляными вакуумными насосами (например, титановыми).

Подготовка деталей из тугоплавких металлов под сварку требует особой тщательности. Соединяемые кромки и прилегающие к ним околошовные участки до сварки необходимо очищать от загрязнений и подвергать травлению в специальных реактивах для удаления поверхностных пленок окислов и обезжиривания. Так как расслоения на кромках могут служить источником дополнительных загрязнений сварного шва, кромки необходимо тщательно осматривать и удалять шлифованием обнаруженные расслоения. Должны быть обеспечены минимальные зазоры и смещения кромок.

Во многих случаях существенное влияние на качество швов оказывает тепловложение при сварке. В связи с этим для каждого изделия в зависимости от типа соединения и толщины металла следует выбирать оптимальные параметры процесса сварки.