Способ подготовки под сварку заготовок из титана и его сплавов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОПИСАН АВТОРСКОМ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ьство СССР /00, 1979. ВКИ ПОД СВАР И ЕГО СПЛАВ нагрев стык Х 10 1 Х 10 Х 10 13ОЮ 7 6 5 перапуры 9 ЧВНУВОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР . ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) СПОСОБ ПОДГОТКУ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНАпри котором производят 80123242(59 4 В 23 К 9/235 мых кромок и выдержку, о т л и ч а ющ и й с я тем,. что, с целью повышения качества очистки металла, нагревстыкуемых кромок осуществляют до температур в диапазоне от температурыфазового превращения до температурыплавления в течение 1,0-60 с приудельной мощности вводимой энергии2,0-50 Вт/мм, а выдержку производятв течение 0,1-120 с.2420 1 1 123Изобретение относится к областисоединения деталей путем сварки иможет быть использовано в машиностроении, судостроении, авиастроении.Целью изобретения является обеспечениеболее полной очистки металластыкуемых кромок титановых заготовокот растворенного в нем водорода,По предложенному способу в вакууме или в защитной среде производят на.грев стыкуемых кромок до температур-фазы и вццержку, обеспечивающихнаправленную термодиффузию растворенного водорода в сторону основногометалла.Нагрев стыкуемых поверхностейпроизводят до температуры в диапазоне от температуры фазового превращения до температуры плавления.Нагрев укаэанных поверхностейпроизводят в течение 1-60 с путем вы.деления на них энергии удельной мощностью 2,5 - 50 Вт/мм.При достижении температуры нагреваемой поверхности до заданной величины производят выдержку данной температуры на указанной поверхностив течение времени 0,1 с - 3 мин в за.висимости от свойств сплава, требуемой степени обезводороживания металла, выбранной температуры нагреваповерхности и применяемого источникатепла,Более полная очистка металла стыкуемых кромок от растворенного водорода позволяет получать сварные соединения, свободные от пор при сваркена .более высоких скоростях.Нагрев металла до температур вышетемпературы фазового превращенияи вьдержка его при этом температуреобычной длительности (более 5 мин)вызывают рост зерна обрабатываемогоматериала. По этой причине ограничена максимальная температура нагреваобрабатываемой поверхности по известному способу,Применение малых вьдержек при поверхностном нагреве позволяет произ.водить нагрев до температур вышетемпературы фазового превращения беззаметного роста зерна, а при минимальных выдержках, даже при нагревеметалла на поверхности до температуры плавления, практически предотвратить рост зерна обрабатываемого металла,В качестве нижней границы темпера.туры нагрева поверхности заготовок 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 принята. температура фазового превращения. Выше этой температуры вплотьдо температуры плавления титан существует в виде -фазы, для которойхарактерна значительно большая величина коэффициента диффузии водорода,чем для М -фазы.На фиг. 1 представлен график изменения коэффициента диффузии водородав титане в зависимости от температуры; на фиг. 2 - кривая изменения.растворимости водорода в титане припарциальном давлении водорода 0,5 хх 10мм рт.ст.При температуре фазового превращения на графике наблюдается изломлинии коэффициента диффузии водорода.По разному меняется и растворимостьводорода вЫ- и /-фазах.При обработке по предложенномуспособу минимальная концентрация водорода в металле стыкуемых кромок может быть доведена до 0,127 х 100,102 х 10м /кг.Кроме повышения плотности металлашва и улучшения механических свойствсварных соединений указанное уменьшение концентрации водорода в металлестыкуемых кромок позволяет заметноувеличить скорость сварки, что даетвозможность во многих случаях отказаться от применения подкладок состороны корня шва и тем самым сократить объем механической обработкисварных соединений после сварки.П р и м е рПроводят подготовкупод сварку заготовок из ВТразмером 100 х 150 мм и толщиной 25 мм.На стыкуемых кромках (Р=25 х 100 мм)путем вьщеления на них в течение 27 судельной энергии 2,5 Вт/мм создается градиент температур в сторонуосновного металла, При этом стыкуемые поверхности заготовок нагреваются в вакууме до температуры на по-.верхности, близкой или равной температуре плавления сплава.При созданном таким образом градиенте температур заготовки выдерживаются б 0 с - 2 мин,Сварные швы, выполненные на заготовках с подготовленными по предлагаемому способу кромками на скоростях сварки 45 и 50 м/ч, без микропор. Ударная вязкость металла шва.и окопошовной зоны выше ударной вязкости основного металла,Для обоснования заявленного темпе ратурного интервала на образцах из3 12 сплава ВТразмером 100 х 100 х 25 мм с плоскости 100 х 25 мм путем нагрева электронным лучом в вакууме создается градиент температур в сторону основного металла.При этом обрабатываемые поверхности заготовок нагреваются до темпераотуры 850 +50 С при выделении на обрабатываемой поверхности в течение 10 с удельной энергии 2,5 Вт/мм (первый вариант); до температуры плавления сплава (до оплавления поверхности) при выделении на обрабатываемой поверхности в течение 27 с удельной энергии 2,5 Вт/мм (второй вариант).Выдержка температуры на поверхности в обоих случаях составляет 0,5 мин.Подготовленные указанным образом образцы свариваются электронным лучом по обработанным поверхностям на скорости 60 м/ч, после чего сварные соединения проходят низкотемпературную термическую обработку для снятия сварочных напряжений и испытываются. на ударную вязкость, являющуюся наиболее чувствительным видом испытаний к содержанию водорода в испытываемом металле.Если сварные соединения образцов, подготовленных по первому варианту,32420имеют минимальную ударную вязкость 3,1 кгсм/см, то сварные соединения образцов, подготовленных по втоРому варианту, имеют минимальную ударную вязкость 4,47 кгсм/см .Если применение поверхностной обработки при температурах области поз.воляет исключить пористость при ско О ростях сварки 20-30 м/ч, то применение поверхностной обработки при температурах области за счет более полной очистки металла от находящегося в нем водорода позволяет практически 15 исключить ее при скоростях сварки40-60 м/ч и более.Применение предлагаемого способаподготовки титановых заготовок под 20 сварку позволит сократить затраты.энергии на технические нузды, повысить качество и надежность сварныхсоединений титановых сплавов, повысить производительность как обработ ки кромок, так и процесса сварки, путем повышения скорости сварки в пятьи более раз, повысить ЕИИ и долговечность сварных титановых конструкций за счет повышения прочностных ЗО характеристик сварных соединений посравнению с известными способами.%ьф вр Составитель А Техред Г.Гербер ектар А. Обручар Редактор Л.Гратилл Тираж 1001 Подпнс н Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыти 113035, Москва, Ж-З 5, Рауюская наб д, 4/