Процесс сварки вольфрамовым электродом в аргоне с присадочной проволокой титанового сплава ОТ4 - Дипломная работа

Развитие машиностроения, химии, атомной и криогенной техники требует увеличения выпуска сварных конструкций из титана и его сплавов. При этом интенсификация процесса сварки приводит к ухудшению формирования шва, которое проявляется образовании протяженных подрезов. Потому разработка способов, позволяющих повысить производительность и качество формирования швов при сварке вольфрамовым электродом в аргоне является одной из актуальных задач. Значительный вклад в исследование природы образования подрезов и разработку процессов сварки с повышенной скоростью внесли Б.Е. Магнитное поле служит практически безинерционным регулятором проплавляющего действия дуги и ее силового воздействия на сварочную ванну; с его помощью можно осуществить сварку электродом, уложенным в разделку кромок, наплавку пластинчатым электродом, приварку труб к трубным решеткам конической или цилиндрической дуги и т.п. магнитоуправляемую дугу можно использовать в качестве источника нагрева при прессовой сварке изделий с замкнутым контуром.По распространению в природе среди металлов титан занимает десятое место. Титан имеет две апиотропические модификации низкотемпературную - ?, существующую до 1155К и имеющую гексагональную кристаллическую решетку с плотной упаковкой атомов, и высокотемпературную-?, существующую при температурах выше 1155К высокотемпературная модификация титана имеет кубическую объемно-центрированную структурную решетку (а=3,282 A) Температура апиотропического превращения титана в значительной мере определяется его чистотой. Установлено [2], что если в йодидном титане превращение начинается при 1155К и происходит в узком температурном интервале, то для магниетермического титана, содержащего большое количество примесей, превращение начинается при более низкой температуре (1133К) и происходит в широком интервале температур - 1233К. для гидридно-кальциевого титана температурный интервал превращения ?>< ? составляет примерно 110-120°К. При высших температура оно уменьшается и зависимость отклоняется от прямой линии тем выше, чем выше температура ?>?-превращение отмечается скачкообразным уменьшением электросопротивления (3,16±0,1)10-6, а магнитная проницаемость - 1,00004.Поэтому зона сварки, ограниченная изотермой более 623К должна быть тщательно защищена от взаимодействия с воздухом путем сварки в среде инертных защитных газов (аргона или гелия) высокой частоты, под специальными флюсами, в вакууме (сварка без защиты) возможно при способах сварки давлением, когда благодаря высокой скорости процесса и вытеснению продуктов окисления при давлении (контактная сварка) или отсутствии высокого нагрева (ультразвуковая сварка) опасность активного взаимодействия металла в этой сварки с воздухом сводится к минимуму. В ?-сплавах термодинамические условия существования фаз таковы, что в зависимости от скорости охлаждения, концентрации примесей и температуры возможно образование метастабильной пресыщенной ?’-фазы или равновесной фазы ?-фазы. В металле шва на промышленных ?-сплавах, а также на сплавах, которые содержат переходные элементы в пределах их растворимости в ?-фазе (ОТ4, ОТ4-1, ОТ4-2 и др.) или выполнении швов электродом, состав которого аналогичен составу основного металла, независимо от способов сварки при охлаждении швов, происходит лишь ?>?’ - превращение и остаточная ?-фаза при комнатных температурах не сохраняется; ? - фаза, близкая к равновесному состоянию, наблюдается лишь в швах технического титана после замедленного охлаждения, соответствующего техническому циклу электрошлаковой сварки. б) соблюдение первичной технологии сварки для предотвращения паров воды и вредных газов в зону сварки (тщательная подготовка и зачистка сварочных материалов и свариваемого металла, надежная защита металла в зоне сварки и рациональный выбор режимов сварки); для уменьшения склонности к замедленному разрушению целесообразно ?-и псевдо ? - сплавы титана сваривать на жестких режимах; ? ? сплавы на относительно мягких (скорость охлаждения 10-20 к/с); При упрочняющей термической обработке ? ?-сплавов и метастабильных ?-сплавов перед сваркой основной металл этих сплавов подвергают закалке или отжигу, а после сварки - закалке и старению.Противоречивость требований предъявленных к параметрам режима сварки, обеспечивающих одновременно высокую производительность процесса и качество шва, вызывает необходимость детального изучения состояния вопроса формирования шва при сварке на весу. G - коэффициент поверхностного натяжения, показал, что при сварке с постоянной погонной энергией повышение скорости сварки должно привести к увеличению степени вытянутости ванны и, как следствие, снижению сил поверхностного натяжения. Сила давления дуги и вес жидкого металла ванны при этом увеличиваются. Тем не менее они объясняют некоторые наблюдаемые в практике явления и позволяют прийти к следующим выводам: - для устранения прожогов, сопутствующих повышению скорости сварки, необходимо прибегать к приемам, которые позволяют ограничить наибольшую длину ванны и силу

Содержание

Введение

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Общая характеристика титановых сплавов

1.2 Свариваемость титановых сплавов

1.3 Особенности формирования швов при сварке с повышенной скоростью

1.4 Цель и задачи исследования

2. Методы исследований

2.1 Оборудование для сварки

2.2 Аппаратура и методика исследования распределения тока в зоне сварки

2.3 Методика исследования отключения дуги магнитным полем

3. Результаты исследований

3.1 Распределение тока в зоне сварки

3.2 Формирование швов при сварке с присадочной проволокой

3.3 Свойства сварных соединений

Литература

Развитие машиностроения, химии, атомной и криогенной техники требует увеличения выпуска сварных конструкций из титана и его сплавов. Одним из распространенных способов производства таких конструкций является сварка вольфрамовым электродом в аргоне. При этом интенсификация процесса сварки приводит к ухудшению формирования шва, которое проявляется образовании протяженных подрезов. Помимо ухудшения прочностных характеристик изделий, наличие дефектов снижает коррозионную стойкость сварных соединений. Потому разработка способов, позволяющих повысить производительность и качество формирования швов при сварке вольфрамовым электродом в аргоне является одной из актуальных задач.

Значительный вклад в исследование природы образования подрезов и разработку процессов сварки с повышенной скоростью внесли Б.Е. Патон, С.Л. Мандельберг, И.М. Ковалев, В.И. Щетинина и многие другие отечественные и зарубежные ученые. Однако природа образований подрезов пока еще полностью не изучена и требует дополнительных исследований.

Для управления процессом формирования шва значительный интерес представляет исследование внешних магнитных полей. Магнитное поле служит практически безинерционным регулятором проплавляющего действия дуги и ее силового воздействия на сварочную ванну; с его помощью можно осуществить сварку электродом, уложенным в разделку кромок, наплавку пластинчатым электродом, приварку труб к трубным решеткам конической или цилиндрической дуги и т.п. магнитоуправляемую дугу можно использовать в качестве источника нагрева при прессовой сварке изделий с замкнутым контуром. Во всех этих случаях процесс может быть легко автоматизирован либо механизирован.

Применение внешних магнитных полей при сварке было предложено и осуществлено изобретателем дуговой сварки Н.Н. Бернадосом. Влияние магнитных полей на процессы в дуге и сварочной ванне исследовали Г.М. Тиходеев, К.К. Хренов, Г.И. Леснов, И. М. Ковалев, В.П. Черныш, В.Д. Кузнецов и многие другие ученые.

Процессы, происходящие в сварочной ванне, и как следствие формирование шва в значительной степени зависят от магнитного поля сварочного тока, создаваемого как током дуги, так и током, протекающим по ванне и основному металлу. Это подтверждается нарушением формирования швов при магнитном дутье и увеличении влияния магнитного поля сварочного контура на образование подрезов при сварке с повышенной скоростью. Однако распределение тока в зоне дуговой сварки исследовано недостаточно точно и требует проведения дополнительного изучения.

В работе приведены результаты исследований распределения тока в зоне дуговой сварки титанового сплава ОТ4 вольфрамовым электродом в аргоне. Изучено влияние присадочной проволоки и величины тока по ней протекающего на характер растекания тока по ней пластине из сплава ОТ4. показано, что магнитное поле тока протекающего по присадочной проволоке, может быть использовано для отключения дуги «углом вперед». Изучен процесс формирования шва при сварке ОТ4 с повышенной скоростью. Даны рекомендации по сварке. Приведены свойства сварных соединений.