• Главная
• Биология и химия
• Иностранные языки и языкознание
• История и исторические личности
• Коммуникации связь цифровые приборы и радиоэлектроника
• Краеведение и этнография
• Кулинария и продукты питания
• Маркетинг реклама и торговля
• Мировая экономика МЭО
• Не Российское законодательство
• Немецкий
• Неопределено
• Нотариат
• Общениеэтика семья брак
• Основы права
• Охрана окружающей среды экология
• Философия
• Финансовое право
• Финансовый менеджмент финансовая математика
• Финансы деньги кредит
• Французский
• Хозяйственное право
• Цифровые устройства
• Этика эстетика
• Блог
• Карта сайта

Сварка никеля
Повышение жаропрочности и сопротивления ползучести за счёт молибдена, вольфрама и других элементов, подавляющих диффузионную подвижность атомов. Этим обусловлена также более высокая, чем у обычных сталей, температура рекри­сталлизации жаропрочных сплавов. Естественно, что получение сварных соединений способом, сущность которого заключается в использовании процессов диффузии и рекристаллизации, затруднено. Термодеформационное воздействие при диффузионной сварке жаропрочных сплавов должно быть более сильным, чем при сварке углероди­стых и низколегированных сталей. За нижний предел температуры сварки принимают температуру начала развития процентов рекристаллизации и диффузии. Для большин­ства жаропрочных сплавов эта температура близка к 1 323 – 1 373 К. За верхний пре­дел температуры сварки принимают температуру разупрочнения сплавов. При этом следует учитывать также возможность резкого падения пластичности сплавов с по­вышением температуры. Приведена диаграмма технологической пла­стичности двух никелевых сплавов. Из диаграммы следует, что при 1 473 К происходит резкое падение пластичности сплавов. Если при диффузионной сварке жаропрочных сплавов в результате пластиче­ской деформации сжатия произойдёт течение ме­талла, то в зоне соединения образуются трещины. Та­кое состояние возможно, несмотря на малые вели­чины деформации при диффузионной сварке, так как с повышением температуры пластичность металла близка к нулю. Таким образом, верхний предел тем­пературы сварки большинства жаропрочных сплавов не превышает 1 473 – 1 523 К. Остальные параметры режимов диффузионной сварки жаропрочных сплавов опреде­ляют так же, как и для других металлов, исходя из условий ползучести и диффузии. Диффузионную сварку в вакууме никеля и никеля с другими металлами можно выполнять в широком диапазоне параметров режима, однако в большинстве работ ре­комендуется температура 1 273 К, давление сжатия 14,7 МПа, время сварки 10 минут при вакууме 1,3 * 10Па. С экспериментальными данными согласуются расчётные [5], полученные из условия образования фактического контакта при установившейся пол­зучести по уравнению: t = A exp , где t – длительность сглаживания микро неровностей, с; А – коэффициент, зависящий от чистоты и класса обработки поверх­ности, равный 5 * 10 при обработке по Rа = 1,25 мкм; В – коэффициент, изменяю­щийся от 5 * 10 до 7 * 10; р – давление сжатия, МПа; m – коэффициент, изменяю­щийся обычно от 3 до 5; DН  - энергия активации ползучести, кДж/моль; R – универ­сальная газовая постоянная; R = 8,315 кДж/моль; Т – температура сварки, К. Закономерности диффузионных процессов в приконтактной зоне при сварке ни­келя изучены в работе [8]. Установлена неоднородность диффузионного потока в при­контактных слоях никеля, обусловленная рельефом соединяемых поверхностей и не­однородностью пластической деформации приповерхностных слоёв металла. В узкой приконтактной зоне наблюдается высокая скорость диффузии (коэффициент диффу­зии 10 - 10 см/с), что соответствует диффузионной подвижности вдоль границ зё­рен с наиболее благоприятной для диффузии разориентировкой зёрен. Причём в слу­чае предварительного электролитического полирования поверхностей, глубина этой зоны 10 мкм, а при механическом шлифовании эффект ускорения диффузии сохраня­ется на значительном расстоянии от поверхности. С повышением температуры и дав­ления сжатия диффузионный поток становится более однородным по всей прикон­тактной зоне. Энергия активации равна, примерно, половине энергии активации само­диффузии никеля и изменяется в зоне сварки. Минимальное значение энергии актива­ции близко к энергии активации зернограничной диффузии и увеличивается по мере удаления от поверхности контактирования. Выполненные в ряде работ исследования показали, что приведённый режим обеспечивает протекание всех процессов, необхо­димых для получения качественных соединений с пределом прочности до 539 МПа.  Повышение температуры сварки до 1 373 К приводит к значительному росту зерна за счёт собирательной рекристаллизации. Увеличение времени сварки также приводит к некоторому разупрочнению металла в зоне соединения. Уменьшение времени сварки возможно при более тщательной подготовке соединяемых поверхностей. Сварку ни­келя можно выполнять не только в вакууме, но и в водороде. В некоторых работах ис­пользовали водород с точкой росы 233 К. Примером диффузионной сварки изделий из никеля может служить изготовле­ние керна оксидного катода водородного тиратрона, как показано на рисунке.           Диффузионную сварку электротехнических никелевых сплавов типа монель и константан проводят в многоместных приспособлениях, обеспечивающих сварочное давление за счёт различия в коэффициентах линейного расширения свариваемых ме­таллов и металла оправки. Стяжные болты обычно изготавливают из молибдена. Ре­жимы сварки электротехнических сплавов незначительно отличаются от режимов сварки никеля, что обусловлено разницей в их физико-механических свойствах. На­пример, введение меди приводит к снижению сопротивления металла деформирова­нию, к интенсификации диффузионных и рекристаллизационных процессов и к сни­жению температуры сварки до 1 173 К.
Материал	DIN	Шифр	Тип	Химический состав % (по массе)										Применение
				Ni	Cu	Fe	Ai	Ti	Cr	Mo	Mn	Si	ост
Никель	17740	2.4050 2.4060 2.4068	-	99,0-99,8	-	-	-	-	-	-	-	-	-	Химические аппараты, детали ламп накалива­ния и электрон­ных трубок
Никеле­медные сплавы	17743	2.4360 2.4866	Монель   К-монель	>63 >63	28-34 28-34	1,0-2,5 1,0-2,0	2-4	0,3-1,0 -	- -	- -	- -	- -	- -	Химические аппараты, корро­зионно-опасные детали конст­рукций (К-мо­нель закали­ваема)
Никеле-хроможе­лезистые сплавы	17742	2.4816	Ин-конель	>72	-	6-10	-	-	14-17	-	-	-	-	Жаро- и огне­стойкие детали, химические аппараты
Никеле хромовые сплавы	-	-	Нимоник	Ост	-	7-5	-	-	18-21	-	1	1	0-23-со	Химические аппараты
Никеле молибде­новые и никеле хромомо­либдено­вые сплавы	17744	2.4810	Хастелой В Хасте­лой С	>62 >52	- -	4-7 4-7	- -	- -	- 14-18	26-30 15-18	- -	- -	3-5w	Химические аппараты при коррозии под напряжением

Влияние легирующих элементов на свариваемость сплавов.

Чистый никель не представляет трудностей при сварке, так как при его нагреве или охлаждении не происходит аллотропических превращений. Для электрического никеля уже даже следы примесей, которые создают с никелем легкоплавкие эвтектики (сера, кислород), могут приводить к тонким продольным трещинам в зоне термиче­ского влияния.

Главные легирующие элементы.

          Медь. Медь создаёт с никелем непрерывный ряд твёрдых растворов. Оба ме­талла образуют кубическую гранецентрированную решётку, имеют похожие атомные радиусы и постоянные решётки и находятся в периодической системе элементов рядом друг с другом (под камерами 28 и 29). Медь, которую добавляют в количестве от 15 до 40% (монель), не создаёт трудностей при сварке. Имеются также сплавы Cu - Ni, в ко­торых медь является основным элементом (70/30 и 90/10) и которые при сварке ведут себя подобным образом. При сварке монеля следует учитывать ликвацию кристаллов, из-за чего может ухудшиться коррозийная стойкость. В этом случае рекомендуют по­следующую термообработку.

          Если добавить алюминий в дисперсионно-твердеющий сплав (монель), то возни­кает, как для большинства стареющих сплавов, проблема снижения прочности.

          Хром. Хром образует с никелем однофазные сплавы из твёрдых растворов с очень узким интервалом кристаллизации. Хром, как таковой, при сварке влияет, по-видимому, благоприятно. Однако при взаимодействии с другими элементами, прежде всего с кремнием, он способствует повышению склонности к образованию горячих трещин. Его высокое сродство с кислородом и азотом, с которыми он образует ста­бильные соединения, уменьшает возникновение пор. В присадочных материалах можно поэтому в присутствии хрома вообще отказаться от других элементов, связы­вающих газы. При сварке инконеля 625 и 718 руководствуются работой [101]. Речь идёт о высокожаропрочных супер сплавах [95].

          Железо. Железо вводят для улучшения свойств никелевых сплавов. Трудности при сварке создаёт не само железо, а вносимые вместе с ним примеси, такие как сера, фосфор и кислород. В присутствии железа содержание углерода не должно превышать 0,1%.

          Кобальт. Небольшое содержание кобальта (несколько десятых процента) не ока­зывает влияния на процесс сварки. Относительно его влияния, при более высоком со­держании, на улучшение жаропрочности сплавов достаточных сведений пока не име­ется. Вероятно, оно мало, если не происходят, как при наличии хрома и железа, вто­ричные явления в присутствии других элементов.

Молибден. Обычно содержание молибдена так высоко (хастеллой), что сплав может лежать в гетерогенной, а также в двухфазной области. Бинарные никелемолиб­деновые сплавы чувствительны к горячим трещинам. При отжиге сплавов  Ni – Cr Mo при температуре 600 - 950°С происходят выделения по границам по границам зёрен, которые снижают коррозийную стойкость. Если эти явления происходят при сварке в зоне термического влияния, то необходимо проводить последующую термообработку (диффузионный отжиг при температуре > 1 150°С с последующей закалкой). При сварке Ni Mo 28 и Ni Mo 16 Cr 16 Ti руководствуются работой [73].

Второстепенные легирующие добавки.

Углерод. Обычное содержание углерода 0,01 – 0,15%. Трудности возникают только в области повышенных температур. Свободный углерод (в случае его наличия) переходит в зоне термического влияния в раствор и приводит, при быстром охлажде­нии, к образованию твёрдого раствора, пересыщенного углеродом. В интервале темпе­ратур 315 - 760°С по границам зёрен затем выделяется графит, который ослабляет тон­кую структуру, что может привести к местным трещинам или даже к разрушению де­тали. Вспомогательные мероприятия: С < 0,02% или стабилизация титаном.

В присутствии меди растворимость углерода при высоких температурах так сильно возрастает, что не происходит охрупчивания даже при его содержании до 0,2%. Только в том случае, если при сварке железо поглощается из основного металла, мо­жет произойти горячее растрескивание. Мероприятия: снижение С до < 0,1%.

В присутствии хрома, если только имеется немного таких стабилизаторов, как титан или ниобий, может произойти образование карбидов хрома и при этом местное обеднение хрома. Коррозийная стойкость, однако (в противоположность аналогичным явлениям в аустенитных сталях), ухудшается только в особо агрессивных средах. Со­единение NiС существует только при температуре > 1 500°С и является очень нестой­ким.

Марганец. Обычное его содержание до 1%. Марганец практически не оказывает влияния на сварку. Посредством образования тугоплавкого сульфида марганца можно устранить вредное влияние серы.

Магний. Он, как и марганец, образует тугоплавкий сульфид. Вследствие низкой точки кипения (1 120°С) магний, содержащийся в присадочном материале, при дуго­вой сварке почти полностью испаряется, так что этот эффект нельзя использовать в наплавленном металле.

Наличие магния препятствует горячему растрескиванию в зоне термического влияния, вызываемому малым содержанием серы. Можно исключить вредное влияние серы на качество сварного шва введением таких элементов, как марганец, ниобий ти­тан, алюминий, которые являются малолетучими и поэтому лучше переходят затем в наплавленный металл.

При газовой или WIG – сварке магний, наоборот, может успешно выполнить свою задачу, так как капли расплавленного присадочного материала не могут переме­щаться в месте воздействия дуги.

Ниобий. Его добавляют в богатые никелем сплавы, чтобы противодействовать вредному влиянию кремния; требуемое количество зависит от соотношения никель – железо.

Кремний. Обычное содержание 0,1 – 4%. В большинстве сплавов кремний по­вышает склонность к образования горячих трещин, прежде всего при одновременном присутствии меди или хрома. Важную роль играет также выбранный способ сварки. Склонность к горячим трещинам особенно велика в наплавленном металле и меньше в зоне термического влияния. При наплавке возникает опасность горячих трещин, по­тому что кремний переходит из основного металла в наплавленный. Кремний способ­ствует раскислению металла сварочной ванны.

Страницы: 1, 2, 3