Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 54. Сварка жаропрочных сплавов

В машиностроении широко применяются жаропрочные сплавы для деталей, работающих при высоких температурах и нагрузках. Из таких сплавов изготовляются, например, рабочие лопатки, диски колес, камеры сгорания и другие детали газовых турбин, работающие при температурах от 500 до 1100°.

Основными элементами для получения жаропрочных сплавов являются хром, никель и железо. Хром образует с кислородом прочную окисную пленку, плавящуюся при температуре только около 2275°. Эта пленка хорошо защищает металл от дальнейшего окисления кислородом при высоких температурах, обусловливая жаростойкость сплава. Высокое содержание никеля дает возможность получать сплавы с аустенитной структурой, обладающие высокой пластичностью

Для придания сплаву необходимой прочности при высоких температурах, а также других необходимых свойств применяются многие другие легирующие элементы: углерод, титан, алюминий, молибден, вольфрам, ванадий, бор, селен и др.

Все существующие жаропрочные сплавы можно разделить на две основные группы: сплавы на никелевой основе и сплавы на железной основе; последние являются более дешевыми, но менее жаростойкими.

Для изготовления сварных конструкций наиболее широкое применение получили жаропрочные сплавы следующих марок: ЭИ652, ЭИ602, ЭИ703, ЭИ696, ЭИ696А, ЭИ868 (ВЖ98), ВЖ85, ЭИ835, Х24Н25Т (ЭИ813), ЭИ894.

В таблице 21 приведены в качестве примера составы и свойства двух жаропрочных сплавов: ЭИ696А на железной основе и ЭИ868 (ВЖ98) на никелевой основе.

При сварке жаропрочных сплавов основным затруднением для получения высококачественного сварного соединения является пленка тугоплавкой окиси хрома, ухудшающей взаимное сплавление зерен металла.

Все жаропрочные сплавы обладают примерно в два раза меньшей теплопроводностью и в полтора раза большим коэффициентом линейного расширения по сравнению с конструкционными углеродистыми сталями. Поэтому при сварке жаропрочных сплавов возникают дополнительные трудности — возможность перегрева металла, появления прожогов, сильного коробления изделий, образования трещин.

Жаропрочные сплавы указанных выше марок достаточно хорошо подвергаются дуговой и аргоно-дуговой сварке плавящимся электродом, а также контактной точечной и роликовой сварке. Электрическая сварка этих сплавов более целесообразна, чем газовая, вызывающая повышенное образование тугоплавкой окиси хрома, Препятствующей сплавлению преимущественно на нижней стороне кромок шва. Газовая сварка поэтому используется значительно реже и только при изготовлении неответственных конструкций.

Сварка сплавов большинства марок производится без последующей термической обработки. Заготовки сложной формы, подвергавшиеся глубокой штамповке, гибке, выколотке и пр., перед сваркой необходимо отжигать для снятия остаточных напряжений. Детали, могущие подвергнуться после сварки коррозии, перед сваркой закаливают на аустенит — нагревом до 1050—1150° и быстрым охлаждением в воде или на воздухе (тонкий металл).

Сплавы марок ЭИ696, ЭИ696А и ЭИ894 относятся к группе дисперсионно твердеющих, т. е. они способны после старения (нагрев до 700° и выдержка при этой температуре в течение 5—8 час) примерно в два раза повышать свою прочность, сохраняя еще достаточную пластичность. Это обусловлено образованием у них в процессе старения особой высокопрочной структуры внутри зерен и по их границам. Если изделия из сплавов ЭИ696 и ЭИ696А после сварки подвергались термообработке (закалке или старению), то в случае необходимости вторичной подварки они должны пройти двухчасовой отпуск при 850° для предупреждения образования трещин.

При всех способах сварки жаропрочных сплавов особое значение имеет хорошее качество подготовки и взаимной подгонки кромок. Как правило, кромки должны предварительно обрабатываться на токарных, фрезерных или строгальных станках.

Свариваемые элементы должны закрепляться в приспособлениях, предупреждающих их взаимное перемещение. Прихватки по возможности следует применять только в тех случаях, когда без них нельзя обойтись, так как в местах прихваток возможно при повторном нагреве образование трещин.

Дуговую сварку жаропрочных сплавов производят на постоянном токе обратной полярности. Режимы сварки применяют такие же, как и при сварке аустенитных хромоникелевых сталей. Покрытие берется основного типа, образующее легкоплавкий, плотный и легкоудаляемый шлак низкой кислотности. Электроды должны позволять вести сварку металла толщиной от 1,2 мм и выше, давать устойчивую дугу и обладать малой прожигающей способностью. Вес покрытия должен составлять 25—30% от веса металлического стержня. Наилучшими являются электроды с покрытиями марок ВИАМ-нж/1 и нж/2, НИАТ-1, ЦЛ-МЗ.

При сварке стыковых швов обратная сторона свариваемых листов покрывается флюсом того же состава, что и электродное покрытие.

В месте окончания шва не должно оставаться глубокого кратера, иначе в нем могут образоваться мелкие трещины. Для заделки кратера дугу на нем несколько раз зажигают и быстро гасят.

При аргоно-дуговой сварке жаропрочных сплавов применяют медные или стальные подкладки, защищающие обратную сторону шва от окисления. Между подкладкой и обратной стороной свариваемой детали должен быть зазор. Вместо подкладок можно к обратной стороне свариваемых кромок подводить защитную струю аргона или покрывать их флюсом. Аргон не должен содержать влаги, а также более 0,05% кислорода и более 0,24% азота. Необходимо, чтобы длина дуги не превышала 2 мм, а угол наклона электрода к вертикали составлял 10—15°.

вверх страницы