Способ исправления внутренних дефектов в виде пор в сварных швах

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1042935 А 5И В 23 К 28/00; В 23 P 6/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3332589/25-27 (22) 24.08.81 (46) 23.09.83. Бюл. № 35 (72) В. В. Редчиц (53) 621.791.011 (088.8) (56) 1. Дуговая сварка титана в среде защитных газов. ПН 126-67 НИАТ, 1968, с. 63.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 899307, кл. В 23 К 28/00, 1979 (прото- тип). фЧР7)СПОСОБ ИСПРАВЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ В ВИДЕ ПОР В CBAPHbIX ШВАХ, преимущественно в тонколис.товых конструкциях из титановых гидридообразующих сплавов, при котором выпол-. няют нагрев дефектной зоны и ее пластичес; кое деформирование путем приложения внешл него усилия, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и снижения энергозатрат, нагрев и пластическое деформирование осуществляют в два этапа: сначала дефектную зону нагревают до температуры термодинамической устойчивости гидридов и деформируют с усилием, обеспечивающим физический контакт между внутренними поверхностями поры, а затем нагревают эту зону до температуры окончания полиморфного превращения, но не превышающей

0,85 температуры плавления металла, и одновременно снижают усилие деформирования со скоростью, пропорциональной скорости повышения температуры нагрева, и выдерживают при этой температуре и деформирующем усилии в течение 6 — 9 с.

1042935

Изобретение относится к сварке гидридообразующих металлов и их сплавов плавлением, преимущественно тонколистовых сплавов на основе титана, и касается исправления внутренних дефектов в виде газовых пор в сварных соединениях, размеры которых выходят за пределы допустимых.

Известен способ устранения азовых пор в швах, заключающийся в выборке мехамическим путем дефектного места и повторной его подварке (1) .

Такой способ неблагоприятен по ряду причин: приходится применять трудоемкую операцию механообработки, при подварке дефектного места использовать присадочный материал. Подварка выбранного участка с заполнением присадкой приводит к значительным местным трудноисправимым деформациям конструкции.

Наиболее близким к изобретению является способ исправления внутренних дефектов в виде пор в сварных швах, преимущественно в тонколистовых конструкциях из титановых гидридообразующих сплавов, при котором выполняют нагрев дефектной зоны и ее пластическое деформирован ие путем приложения внешнего усилия (2(.

Недостатком известного способа являет ся необходимость получения внутри металла литой зоны, что создает вероятность появления выплесков жидкого металла и ухудшения качества и требует применения повышенных энергозатрат.

Целью изобретения является повышение качества и снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу исправления -внутренних дефектов в виде пор в сварных швах, преимущественно в тонколистовых конструкциях из титановых гидридообразующих сплавов, при котором выполняют нагрев дефектной зоны и ее пластическое деформирование путем приложения внешнего усилия; нагрев и пластическое деформирование осуществляют в два этапа: сначала дефектную зону нагревают до температуры термодинамической устойчивости гидридов и деформируют с усилием, обеспечивающим физический контакт между внутренними поверхностями поры, а затем нагревают эту зону до температуры окончания полиморфного превращения, но не превышающей 0,85 температуры плавления металла, и одновременно снижают усилие деформирования со скоростью, пропорциональной скорости повышения температуры нагрева, н выдерживают при этой температуре и деформирующем усилии в течение 6 — 9 с.

Сущность изобретения заключается в устранении в сварных швах газовых пор в результате сплющивания ее поверхности при нагреве и последующей сварке в твердой фазе по площади образовавшегося физического контакта противоположных поверхностей поры.

Установлено, что основным источником пор при сварке активных гидридообразующих металлов (титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий и тантал) и их сплавов является водород, образующийся в результате реакции влаги и металла торцовыХ поверхностях свариваемых кромок при нагреве в процессе сварки, при понижении температуры металла шва водород, из объема поры абсорбируется металлом, окружающим пору.

В гидрообразующих металлах абсорбированный водород находится в виде химического соединения с металлом переменного состава (например Т, Н у gag). С повышением температуры эти соединения становятся термодинамически неустойчивыми и водород переходит в состоянйе твердого раствора и, если его содержание превышает предел растворимости при определенной температуре, будет стремиться выделиться из металла в процессе диффузии.

С повышением температуры растворимость водорода в гидридообразующих металл ах, относящихся к экзотермическим оккл юдерам, -уменьшается, а коэффициент диффузии (критерий, характеризующий кинетику процесса) увеличивается, поэтому вероятность развития диффузионных процессов повышается.

Температура устойчивости гидридов для каждого металла различна. Например, для титана температура полного распада гидридов составляет порядка 700 С. При температуре устойчивости гидр идов коэффициенты диффузии водорода сравнительно невелики.

Для образования физического контакта, а затем, сварного соединения между противолежащими поверхностями поры, необходима как можно более высокая температура, при которой металл достаточно пластичен. Однако с увеличением температуры свыше устойчивости гидридов интенсивно развиваются диффузионные процессы и водород, ранее абсорбированный из объема поры металлом, будет обратно выделяться в ее объем и повышать давление газа в поре. Причем, чем меньше объем поры, тем больше создаваемое при нагреве и диффузии давление водорода, которое препятствует сплющиванию поры под действием усилия контактных электродов и образованию физического контакта по всей поверхности поры.

Чтобы исключить влияние процесса диффузии, сплющивание пор до образования физического контакта необходимо производить при температуре не выше термодинамической устойчивости гидридов.

Для образования металлической связи между поверхностями пор (в процессе так называемой диффузионной сварки металлов) необходимо дальнейшее повышение температуры и чем она выше, тем быстрее завершится процесс сварки. Однако в обьгч4

"1 -. 1042935 (4

ВНИИПИ Заказ 7222/16

Филиал. ППП «Йатент», Тираж l,106 Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4

3 ном случае при диффузионной сварке величина температуры лимитируется температурой начала фазовых превращений (йолиморфного аР -превращения) . поскольку свыше этой температуры начинается: рост зерна и, как следствие, ухудшение свойств материала при рабочих температурах..:.

Для нашего случая нагрева металла шва, окружающего пору. это не представляет опасности, поскольку уже при расплавлении и кристаллизации металла в процессе сварки металла шов приобрел литую круййокристаллическую структуру, характерную. для сварных соединений группы рассМатрйваемых металлов. Укрупняются зерна и. в огределенной зоне термического влияигия.

Поэтому предлагаемый способ предусматривает для ускорения процесса сваркй в твердой фазе при залечивании дефекта (поры) повышение температуры до завер-: шения а Р -превращения и более. Верхний предел температуры сварки в твердой -фазе ограничен значением 0,85 температуры плавления металла и определен экспериментально. При получении более высоких температур появляется опасность расплавления металла в нагреваемой зоне и потеря положительного эффекта способа (увеличение энергозатрат, появление вероятности. выплесков) .

Давление, которое необходимо создать для деформации поверхности поры и получения физического контакта при темйературах не выше устойчивости гидридов,-.-относительно велико и если его сохранить до второй стадии процесса (последующего нагрева), то может произойти образование недопустимой вмятины на поверхности-.металла шва. Чтобы этого не случилось способ предусматривает снижение давленйя синхронно повышению температуры и."пропорционально ему. Коэффициент прййорl циональности для каждого сплава может быть определен опытным путем и он, очевидно, зависит от распределения прочности металла по толщине нагреваемого: ateталла и от характера зависимости прочности металла бт от температуры.

Для завершения металлической связи в вышеупомянутом диапазоне температур, необходима выдержка в течение 6 — 9 - с, после чего нагрев прекращают и давлейие снимают.

Способ осуществляют следующим . образом.

В металле сварных швов по рентгенограммам отмечают участок с. дефектом (порой), размер которой выходит за допустимый. Поверхность сварного шва в месте расположения дефекта зачищают с двух сторон до чистоты 2,5 — К 20.:- Затем подбирают диаметр электрода для контактного нагрева (tto сугцествующим инструкциям на контактную сварку в зависимости от толщины детали).

В начальной стадии- на образцах-имитаторах для конкретного материала и толщины подбирают режим сварки (величину сварочного тока и тока нагрева, длительность его импульсов илн импульса, начальное . давление деформации), который обеспечивает условия выполнения способа.

Полученные экспериментальные данные заносят в таблицу режимов реализации способа и используют в дальнейшей практике.

Затем осуществляют нагрев до температуры не выше термодинамической устойчивости гидридов и деформируют металл .при этой температуре до образования физического контакта между сплю цнваемыми поверхностями поры, а затем повышают уО ее до температуры завершения полиморфного превращения, но не более 0,85 температуры плавления металла, при этом давление снижают синхронно и пропорционально повышению температуры и выдерживают при установленных температуре и

2 давлении в течение 6 — 9 с.

Для деформировання используют роликовые контактные электроды сварочных шовных машин.

Пример. В сварном шве титанового сплава ВТ20, толщиной 3,0 мм, устраняЗ0 ли пору диаметром 1,0 мм. Положение поры в шве определяли по рентгенограмме. Поверхность шва в зоне поры зачищали с двух сторон под 2,5..Нагрев осуществляли на машине для контактной сварки типа

МВТ 6304 по режиму: диаметр контактных

З5 электродов 7 мм; усилие. образования физического контакта 1250 кгс, температура устойчивости гидридов 700 С; заданная температура образования физического контакта 650 С; величина тока нагрева 3,5 КА;

4О длительность импульса тока и паузы 0,25 с; количество циклов нагрева 2; температура полиморфного превращения 1050 С; заданная температура сварки в твердой фазе

1280 — 1320 С; коэффициент пропорциональности 0,4; сварочное усилие 500 кгс, вели45 чина сварочного тока 6,0 КА, длительность импульса и паузы 0,3 с, время сварки (в течение которого чередовались импульсы. и пауза) 7 с.

Способ был испытан в условиях опытного производства предприятия авиацион5О ной промышленности при изготовлении панельных конструкций из высокопрочного титанового сплава ВТ20,толщиной 2 — 3,5 мм, при этом получили расчетную экономию затрат порядка 15 — 20% по сравнению с известным способом.