Научная статья на тему 'Особенности лазерной сварки титановых сплавов стыковыми и прорезными швами'

Особенности лазерной сварки титановых сплавов стыковыми и прорезными швами Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
545
94
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Sciences of Europe
Ключевые слова
ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА / ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ / ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА / ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМА / СТЫКОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ / ПРОРЕЗНЫЕ ШВЫ / МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Хаскин В.Ю., Коржик В.Н., Лихошва В.П., Ткачук В.И., Пелешенко С.И.

Проведена оптимизация процессов лазерной сварки стыковых и нахлесточных тавровых соединений по критериям качественных защиты и формирования сварных швов, а также приемлемым механическим свойствам соединений титановых сплавов. Разработана универсальная технологическая схема лазерной сварки титановых сплавов с дифференцированной защитой металла шва и возможностью подачи присадочной проволоки. Показано, что прочность сварных соединений сплава ВТ6, полученных лазерной сваркой, находится на уровне основного металла, а ударная вязкость швов и ЗТВ составляет около 70% от ударной вязкости основного металла, что является приемлемым показателем.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Хаскин В.Ю., Коржик В.Н., Лихошва В.П., Ткачук В.И., Пелешенко С.И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FEATURES OF LASER WELDING OF TITANIUM ALLOYS SEAM AND WELT SEAMS

Conducted process optimization of laser welding of butt lap and t-joints according to the criteria of protection and formation of welds, as well as acceptable mechanical properties of the compounds of titanium alloys. Developed universal technological scheme of laser welding of titanium alloys with differentiated protection of the weld metal and the possibility of feeding the filler wire. It is shown that the strength of welded joints of alloy VT6 obtained by laser welding, is at the level of the base metal and the toughness of welds and HAZ is about 70% of the toughness of the base metal, which is an acceptable index.

Текст научной работы на тему «Особенности лазерной сварки титановых сплавов стыковыми и прорезными швами»

ОСОБЕННОСТИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ СТЫКОВЫМИ И ПРОРЕЗНЫМИ ШВАМИ

Хаскин В.Ю.

доктор технических наук, старший научный сотрудник Гуандонского Сварочного Института (Китайско-украинского

института сварки им. Е.О.Патона), Гуанчжоу, Китай

Коржик В.Н.

доктор технических наук, директор Китайско-украинского института сварки им. Е.О.Патона, Гуанчжоу Китай

Лихошва В.П.

доктор технических наук, руководитель отдела Физико-технологического Института металлов и сплавов Национальной академии наук Украины, Киев, Украина

Ткачук В.И.

научный сотрудник Института электросварки им. Е.О.Патона Национальной академии наук Украины, Киев, Украина

Пелешенко С.И.

инженер ТОВ «Внешнеэкономическое представительство Китайско-украинского Института сварки им. Е.О.Патона»,

Украина

Бабич А.А.

научный сотрудник Института электросварки им. Е.О.Патона Национальной академии наук Украины, Киев, Украина

Войтенко А.Н.

инженер ТОВ «Внешнеэкономическое представительство Китайско-украинского Института сварки им. Е.О.Патона»,

Украина

FEATURES OF LASER WELDING OF TITANIUM ALLOYS SEAM AND WELT SEAMS Khaskin V., Doctor of Sciences, Senior Research Fellow of the China-Ukraine E. O. Paton Institute of Welding, Guangzhou, China Korzhyk V., Doctor of Sciences, Director on Science of the China-Ukraine E. O. Paton Institute of Welding, Guangzhou, China Likhoshva V., Doctor of Sciences, head of a department of the Physical and Technological Institute of Metals and Alloys Tkachuk V., research associate of the E.O. Paton Electric Welding Institute of the National Academy of Science of Ukraine , Kiev, Ukraine

Peleshenko S., Engineer, of the Foreign trade of Chinese-Ukrainian E.O.Paton Welding Institute, Ltd., Guangzhou, China Babych O., research associate of the E.O. Paton Electric Welding Institute of the National Academy of Science of Ukraine , Kiev, Ukraine

Voitenko O., Engineer, Researcher, Foreign trade of Chinese-Ukrainian E.O.Paton Welding Institute, Ltd., Kiev, Ukraine

АННОТАЦИЯ

Проведена оптимизация процессов лазерной сварки стыковых и нахлесточных тавровых соединений по критериям качественных защиты и формирования сварных швов, а также приемлемым механическим свойствам соединений титановых сплавов. Разработана универсальная технологическая схема лазерной сварки титановых сплавов с дифференцированной защитой металла шва и возможностью подачи присадочной проволоки. Показано, что прочность сварных соединений сплава ВТ6, полученных лазерной сваркой, находится на уровне основного металла, а ударная вязкость швов и ЗТВ составляет около 70% от ударной вязкости основного металла, что является приемлемым показателем.

ABSTRACT

Conducted process optimization of laser welding of butt lap and t-joints according to the criteria of protection and formation of welds, as well as acceptable mechanical properties of the compounds of titanium alloys. Developed universal technological scheme of laser welding of titanium alloys with differentiated protection of the weld metal and the possibility of feeding the filler wire. It is shown that the Srength of welded joints of alloy VT6 obtained by laser welding, is at the level of the base metal and the toughness of welds and HAZ is about 70% of the toughness of the base metal, which is an acceptable index.

Ключевые слова: лазерная сварка, титановые сплавы, газовая защита, параметры режима, стыковые соединения, прорезные швы, механические свойства, коррозионная стойкость под напряжением.

Keywords: laser welding, titanium alloys, gas shielding, the mode parameters, butt joints, Welt seams, mechanical properties, corrosion resi^ance under &ress.

Постановка проблемы.

Титановые сплавы широко применяются в авиационной и космической технике, в судостроении, в химическом машиностроении, энергетике и во многих других областях современного производства [1]. Так, в современном самолетостроении используют стрингерные панели, которые

получают путем приваривания прорезными швами ребер жесткости к цельному полотнищу. Для ответственных длинномерных конструкций морских судов используют сварные тавровые балки из титанового сплава. Сварными также являются конструкции корпусов некоторых приборов из титановых деталей (например, корпуса датчиков для пищевой

промышленности). Изготовление указанных конструкций усложняется большими габаритными размерами и малой толщиной стенок свариваемых деталей. Поэтому для сварки тонколистовых конструкций из титановых сплавов обычно применяют электронно-лучевую сварку [2]. Однако, такой способ не всегда приемлем для крупногабаритных конструкций в связи с необходимостью применения вакуумных камер. Традиционные дуговые способы сварки зачастую имеют невысокую производительность и могут приводить к значительным остаточным деформациям сварных конструкций [3]. Все это повышает интерес исследователей к лазерной сварке, позволяющей получать узкие швы с малой зоной термического влияния (ЗТВ) без необходимости использования сложных вакуумных камер со скоростями, в 2-3 (и более) раза превышающими скорости дуговой сварки [4].

Анализ последних исследований и публикаций.

Первые попытки применения лазерного излучения для сварки титановых сплавов проводились еще в начале 1970-х годов. В частности, такие работы велись в ИЭС им. Е.О.Па-тона [5]. В них было показано, что в связи с активным химическим взаимодействием жидкого металла сварочной ванны с окружающей средой необходима его надежная защита инертным газом. При этом в работе [5] было показано, что применение гелия для защиты металла ванны вместо аргона позволяет повысить глубину проплавления металла более чем на 50%. В начале 1980-х годов уже появлялись первые промышленные примеры внедрения лазерной сварки титановых изделий. В этом плане следует отметить работы ФИАЭ им. Курчатова. Например, в 1983 г. на ВО «Балтийский завод» была внедрена промышленная технология лазерной сварки специального теплообменного модуля из титанового сплава - лазером выполнялось вваривание трубок с толщиной стенки до 2,5 мм в трубную доску [6]. В работе [7] также отмечается возможность применения лазерного излучения для сварки титановых изделий.

Нерешенные ранее части общей проблемы.

Лазерная сварка титановых сплавов далеко не всегда обеспечивает качественное формирование швов. Могут наблюдаться подрезы, провисания, неравномерности высоты усиления. При этом одной из наиболее существенных проблем является обеспечение качественной газовой защиты сварочной ванны, а также той части сварного шва, которая имеет температуру свыше 200...400°С. Такая защита должна полностью устранить характерную для лазерной сварки опасность образования нитридов и окислов титана, возни-

Химический состав основно:

кающую при попадании воздуха в указанные зоны. Кроме того, до недавнего времени считалось, что лазерная сварка не обеспечивает приемлемых значений ударной вязкости сварных соединений титановых сплавов, а также необходимой стойкости к коррозионному растрескиванию под действием растягивающих напряжений.

Цель статьи.

Цель настоящей работы заключалась в оптимизации процессов лазерной сварки стыковых и нахлесточных тавровых соединений по критериям качественного формирования сварных швов и достижения приемлемых механических характеристик сварных соединений титановых сплавов. Путями достижения поставленной цели являлись подбор скоростей сварки, мощности лазерного излучения, введение присадочной проволоки и формирование надежной газовой защиты сварочной ванны и остывающего металла шва.

Методика проведения экспериментов.

Для достижения поставленной цели была создана система газовой защиты сварочной ванны и той ее хвостовой части, в которой металл имел температуру свыше 200°С, поскольку при такой температуре возможно насыщение верхнего слоя металла шва и основного металла азотом воздуха [1]. В качестве материала образцов были выбраны технический титан ВТ1-0, среднелегированный р-стабили-заторами сплав ВТ6 и высоколегированные сплавы СП15, ВТ20, ВТ22, ВТ23, Т110. Толщина 5 образцов находилась в пределах 2,5.10,0 мм. Химический состав этих сплавов приведен в табл.1.

В ходе экспериментов сваривали стыковые и тавровые соединения пластин размерами 300*50*5 мм за один проход. Стыковые соединения сваривали без разделки кромок, тавровые - внахлест прорезными швами. В качестве источника излучения применяли дисковый лазер модели TruDisk 10002 (фирмы TUMPF, Германия) мощностью до 10 кВт, входящий в состав сварочной головки объектив с фокусным расстоянием F=300 мм и механизм подачи присадочной проволоки из сплава ВТ 1-0 диаметром 1,0 мм со скоростями до 100 м/ч. Излучение от лазера к объективу передавалось по оптическому волокну 0300 мкм. В процессе сварки перемещалась сварочная головка с системой защиты и подачи присадочной проволоки. Во всех случаях нижнюю (корневую) часть сварного шва защищали аргоном с расходом 8.12 л/ мин. Для этого аргон подавался по трубке, расположенной в прижимном приспособлении. Верхняя часть шва (ванна расплава и ее хвостовая часть) защищалась при помощи сопла сварочной головки.

Таблица 1.

металла свариваемых образцов.

№ п/п Марка сплава Химический состав, % масс.

Al Mo V Fe Cr Nb Zr O2 N2 H2

1. ВТ1-0 0,4 - - 0,15 - - - 0,1 0,035 0,008

2. ВТ6 6,35 - 4,2 - - - - 0,15 0,05 0,012

3. СП15 4,5 3,18 3,3 - - 4,22 1,9 0,16 0,028 0,002

4. ВТ20 5,5-7,0 0,5-2,0 0,8-2,5 <0,3 - - 1,5-2,5 <0,15 <0,05 <0,012

5. ВТ22 6,0 4,8 5,1 1,0 1,0 - - 0,18 0,05 0,015

6. ВТ23 4,5 2,0 4,5 0,6 1,0 - - 0,17 0,004 0,018

7. Т110 4,9 0,9 1,25 1,61 - 4,74 0,5 0,13 0,04 0,002

Из полученных сварных соединений вырезали образцы для проведения металлографических исследований, определения механических свойств и коррозионной стойкости. Результаты проведенного комплекса исследований сравнивали с аналогичными результатами, имеющимися для дуговой и электронно-лучевой сварки.

Проведение экспериментов.

Эксперименты проводились согласно технологической схеме, приведенной на рис.1(а). Для ее реализации была

изготовлена сварочная головка, показанная на рис.1(б). Данная схема позволяет осуществлять дифференциальную подачу ламинарных газовых потоков, защищающих сварочную ванну (поток Q1) и остывающий металл хвостовой зоны (поток Q2) от воздействия воздуха. Также она предусматривает подачу присадочной проволоки спереди назад по ходу сварки.

а)

б)

Рис.1. Схема (а) лазерной сварки титановых сплавов с дифференцированной защитой сварочной ванны и остывающего металла ламинарными газовыми потоками и головка (б) для реализации данной схемы: 1 - лазерное излучение; 2 - фокусирующий объектив; 3 - сопло для раздельной подачи защитных газов с расходами Q1 и Q2; 4 - защита корня шва; 5 - подача присадочной проволоки; 6 - образец.

В ходе проверки надежности защиты швов по данной схеме, было установлено, что подача аргона для защиты сварочной ванны может приводить к образованию над ней плазменного факела, частично экранирующего лазерное излучение. Это, в свою очередь, приводит к значительному снижению глубины проплавления. Использование гелия или гелий-аргоновой смеси позволяет устранить данный эффект. Подача присадочной проволоки при этом не оказывает негативного влияния на качество защиты ванны и шва. В проводимых экспериментах в качестве защитного газа для сварочной ванны использовали гелий с расходом Q1=8.. .10 л/мин, а для защиты остывающего металла шва - аргон с расходом Q2=10.. .15 л/мин.

При сварке стыковых соединений было установлено, что в случае полного проплавления металла с формированием узкого (до 1,0 мм) корня шва формируется верхнее усиление высотой порядка 0,5 мм. В этом случае подача присадочной проволоки не требуется (рис.2). При сварке тавровых соединений прорезными швами необходимо сформировать галтели (плавные переходы с усилениями) между верхним листом и привариваемой снизу полкой. Для этого необходим дополнительный металл, вводимый за счет подачи присадочной проволоки. Как показали эксперименты, скорость подачи проволоки в этом случае должна превышать скорость сварки в 2-4 раза (рис.3). По критериям качественных защиты и формирования швов были выбраны оптимальные параметры режимов сварки, приведенные в табл.2.

Рис.2. Макроструктуры стыковых соединений титановых сплавов: а) - сплав ВТ6 (5=10 мм); б) - сплав ВТ1-0 (5=6 мм).

Рис.3. Макроструктура таврового соединения сплава ВТ20 (5=2,5 мм), сваренного прорезным швом с подачей присадочной проволоки из сплава ВТ1-0 (01,0 мм).

После сварки все образцы проходили рентгеноскопический контроль. Результаты рентгеновского просвечивания соединений, полученных лазерной сваркой показали, что в швах, выполненных по оптимальной схеме и на оп-

Параметры некоторых режимов лазерной сварки, оптим] вания швов.

тимальных режимах присутствуют лишь единичные поры (рис.4,а,в). Отклонение от оптимальной технологии сварки приводит к появлению сплошной цепочки пор, расположенной по оси шва (рис.4,б,г).

Таблица 2.

ированные по критериям качественных защиты и формиро-

№ п/п Свариваемый материал Тип шва Толщина об-разца5, мм МощностьР, кВт Скорость сваркиУ, м/ч Положение фокуса ДР, мм Подача при-садоч-ной проволоки, м/ч

1. ВТ1-0 стыковой 5,0 4,1 48 -2,0 -

2. ВТ6 стыковой 7,5 4,3 36 -2,0 -

3. СП15 стыковой 6,5 4,0 42 -2,0 -

4. ВТ20 прорезной 2,5 4,4 22 +5,0 60

5. ВТ22 стыковой 6,5 4,2 30 -2,0 -

6. ВТ23 стыковой 6,0 4,0 42 -1,0 -

7. Т110 стыковой 7,0 4,0 42 -2,0 -

Примечание. В графе «положение фокуса» знак «-» означает заглубление, а знак «+» - повышение фокуса относительно поверхности свариваемого образца.

Металл швов, выполненных лазерной сваркой, исследовали на содержание газовых примесей (табл.3). Газовый анализ показал, что использование в качестве защитной среды гелия и аргона, подаваемых дифференцированно со-

гласно схеме рис.1(а), обеспечивает содержание кислорода, азота, водорода в швах на уровне основного металла и соответствует требованиям ГОСТ 22178-176, а для Т110 - требованиям ТУУ 27.4.0544/6923.071-2005.

а)

б)

в)

г)

Рис. 4. Внешний вид (а, в) и рентгенограммы (б, г) сварных соединений сплава ВТ6, полученных лазерной сваркой: а), в) - с оптимальной защитой шва; б), г) - с неоптимальной защитой шва.

Таблица 3.

Содержание примесей-газов в швах, выполненных лазерной сваркой.

Сплав Концентрация примесей, % мас

О2 N2 H2

шов ЗТВ шов ЗТВ шов ЗТВ

ВТ1-0 0,12 0,13 0,04 0,041 0,012 0,011

ВТ6 0,15 0,10 0,05 0,045 0,013 0,011

ВТ22 0,18 0,17 0,05 0,05 0,014 0,012

ВТ23 0,17 0,20 0,045 0,05 0,017 0,016

СП15 0,14 0,13 0,043 0,041 0,016 0,015

Т110 0,15 0,12 0,06 0,045 0,13 0,13

Для снятия остаточных сварочных напряжений и ста- таниям на растяжение и ударный изгиб с острым надрезом билизации структуры образцы подвергались отжигу при (КСУ) в состоянии после сварки и после отжига. Результаты температурах 650 - 950 °С в зависимости от марки спла- механических испытаний представлены в табл.4. ва. Сварные соединения подвергали механическим испы-

Таблица 4.

Механические свойства соединений титановых сплавов, выполненных лазерной сваркой.

Марка сплава Исследуемое Сварные соединения Основной металл

состояние св, МПа KCV, Дж/см2 св, МПа KCV, Дж/см2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

шов ЗТВ

ВТ1-0 После сварки 435 180 172 450 100

После отжига 432 180 180

ВТ6 После сварки 1010 30 34 980 45

После отжига 980 35 38

СП15 После сварки 1040 12 18 1030 43

После отжига 1030 19 30

ВТ23 После сварки 1050 8 9 1050 31

После отжига 1020 16 21

Т110 После сварки 1080 12 19 1100 38

После отжига 1050 13 20

ВТ22 После сварки 1070 8 11 1050 30

После отжига 1040 9 12

Примечание. Значения КСУ определены при температуре +20°С.

Анализ полученных результатов.

Высокие механические свойства, удовлетворяющие требованиям ГОСТа, имели соединения технического титана и сплава ВТ6, коэффициент стабильности р-фазы которого составляет 0,3. Сварные соединения сплавов, имеющих коэффициент стабильности р-фазы 0,6 и выше (сплавы СП15, ВТ22, ВТ23, Т110) проявили высокую чувствительность

к термическому циклу лазерной сварки. Как в состоянии после сварки, так и после отжига структура металла шва и ЗТВ в этих сплавах - мелкодисперсная, что обеспечило равнопрочность сварных соединений с основным металлом. Однако ударная вязкость швов и ЗТВ высоколегированных сплавов была неудовлетворительной как в состоянии после сварки, так и в отожжённом состоянии.

Было установлено, что с повышением скорости сварки возрастает хрупкость сварных соединений, т.е. снижается их ударная вязкость КСУ Вероятно, это происходит из-за повышения скоростей охлаждения швов и ЗТВ. Так, при сварке сплава ВТ6 толщиной 4-5 мм на скоростях 72-76 м/ч с мощностью 4,4 кВт (погонная энергия 210...220 Дж/мм) ударная вязкость снизилась до значений порядка 35 Дж/см2. В то же время вдвое меньшая скорость (табл.2) и большая погонная энергия (430 Дж/мм) обеспечивала приемлемое значение 45 Дж/см2. Это наблюдение свидетельствует о существовании определенных критических значений погонной энергии, ниже которых проводить лазерную сварку не целесообразно.

Металл сварного шва и ЗТВ соединения сплава ВТ6, выполненного лазерной сваркой, имеет грубоигольчатую структуру (рис.5,а), в отличии от структуры аналогичных зон сварных соединений высоколегированных сплавов, где наблюдается очень дисперсная внутризёренная структура (рис.5,б,в). Эти структурные отличия являются одной из причин существенного снижения ударной вязкости высоколегированных сплавов по сравнению с техническим титаном (ВТ1-0) и сплавом ВТ6, в которых путь трещины при разрушении - извилистый. В высоколегированных сплавах с мелкодисперсной структурой трещины распространяются по траектории, близкой к прямолинейной, на что требуется меньше энергии, чем в случае сплавов ВТ1-0 и ВТ6 [8].

Рис. 5. Микроструктура металла швов сварных соединений титановых сплавов, выполненных лазерной сваркой: а) -ВТ6 (х200), б) - ВТ23 (х400), в) - Т110 (х400).

Усовершенствование технологии лазерной сварки высоколегированных титановых сплавов целесообразно провести с целью повышения пластических характеристик металла параллельно с поиском оптимальных режимов термической обработки соединений. Одним из путей такого усовершенствования является такая модификация термического цикла сварки, при которой скорость охлаждения шва и ЗТВ снизятся. Этого можно достичь за счет перехода от лазерной сварки к гибридной лазерно-дуговой.

Для оценки перспективности промышленного внедрения лазерной сварки для решения задач соединения титановых сплавов, провели сравнение механических свойств сварных соединений сплава ВТ6, выполненных лазерным и другими способами (табл.5). Сплав ВТ6 выбран в связи с его широким промышленным применением. Сравним полученные в результате описанных выше экспериментов данные с данными, полученными ранее в ИЭС им. Е.О.Патона при сварке ВТ6 аргонодуговым (АДС) и электронно-лучевым способами (ЭЛС) [9, 10].

Таблица 5.

Механические свойства сварных соединений титанового сплава ВТ6, выполненных разными способами сварки.

Способ сварки ав, МПа KCV, Дж/см2 Место разрушения

шов ЗТВ

Дуговой 940 33 34 По шву

ЭЛС 970 34 31 По ЗТВ

Лазерный 980 35 36 По ЗТВ

Основной металл ав - 998 МПа, а0,2 - 970 МПа, 5 - 12%, ¥ - 24%, KCV 42 Дж/см2

Для определения механических свойств стыковых соединений пластин из ВТ6 их сваривали способом ЭЛС с применением установки УЛ-144 (энергоблок ЕЛА 60/60) и способом АДС с применением промышленного оборудования для дуговой сварки титана вольфрамовым электродом. В последнем случае использовали флюс марки АНТ-25А. В качестве защитного газа при лазерной сварке применяли гелий и аргон, а при дуговой - аргон. Режимы сварки во всех случаях обеспечивали выполнение швов за один проход без разделки кромок. Присадочная проволока не применялась.

Несмотря на то, что погонная энергия при лазерной сварке была меньше (243 Дж/мм), чем при ЭЛС (311 Дж/мм) и

дуговой сварке (477 Дж/мм), соответственно в 1,3-2 раза, показатели прочности сварных соединений имели незначительные отличия и были близкими к параметрам этих характеристик для основного металла (табл.5). Ударная вязкость металла шва и ЗТВ составляла 70-80% от основного металла, что во всех случаях удовлетворяло требованиям ГОСТов и технологических инструкций по сварке титанового сплава ВТ6.

Склонность сплава ВТ6 и его сварных соединений к коррозионному растрескиванию под действием растягивающих напряжений определяли в растворе метилового спирта с добавлением 0,4% соляной кислоты (табл.6).

Таблица 6.

Склонность сварных соединений сплава ВТ6 к коррозионному растрескиванию под действием растягивающих напряжений.

Характеристика исследуемых образцов Номер образца Время до появления коррозионной трещины, ч. Общее время исследований, ч. Место разрушения

Основной металл 1 Не выявлено 790 (воздух) Не разрушен

2 Не выявлено 790

3 Не выявлено 790

4 Не выявлено 790

5 Не выявлено 790

АДС 1 Не выявлено 790 (воздух) Не разрушен

2 107 107 шов

3 Не выявлено 790 Не разрушен

4 264 264 ЗТВ

5 Не выявлено 790 Не разрушен

ЭЛС 1 Не выявлено 790 (воздух) Не разрушен

2 Не выявлено 790

3 330 330

4 350 350

5 Не выявлено 790 Не разрушен

Лазерная сварка 1 Не выявлено 790 (воздух) Не разрушен

2 Не выявлено 790 Не разрушен

3 Не выявлено 790 Не разрушен

4 504 504 Не разрушен

5 Не выявлено 790 Не разрушен

Испытания проводили при комнатной температуре в течении 790 часов. Количество образцов в каждой партии составляло 5 штук. Из них один назначался контрольным и испытывался на воздухе, прочие четыре - в агрессивной среде. Основным проверочным критерием в этом испытании был стандарт, в соответствии с которым если все образцы партии простояли в коррозионной среде в течении 100 часов и не растрескались, то сплав или сварное соединение считается стойким к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Анализ полученных результатов показывает, что соединения сплава ВТ6, выполненные различными способами сварки по оптимизированным технологиям, включая и лазерную сварку, являются стойкими к коррозионному растрескиванию.

Выводы.

1. В ходе данной работы проведена оптимизация процессов лазерной сварки стыковых и нахлесточных тавровых соединений по критериям качественных защиты и формирования сварных швов, а также приемлемым механическим свойствам соединений титановых сплавов. Для сплавов ВТ1-0 и ВТ6 определены оптимальные режимы лазерной сварки. Установлено, что снижение погонной энергии сварки сплава ВТ6 менее 200 Дж/мм способствует снижению ударной вязкости швов и ЗТВ до неприемлемых значений.

2. Разработана универсальная технологическая схема лазерной сварки титановых сплавов с дифференцированной защитой металла шва и возможностью подачи присадочной проволоки. Показано, что при лазерной сварке титановых сплавов для защиты сварочной ванны необходимо приме-

нять гелий, а для защиты корня шва и остывающих участков шва и основного металла - аргон.

3. Установлено, что в случае сварки стыковых соединений с формированием узкого (0,5.1,0 мм) корня шва формируется верхнее усиление высотой порядка 0,5 мм и подача присадочного материала не требуется. При сварке тавровых соединений прорезными швами между верхним листом и привариваемой снизу полкой необходимо сформировать плавные переходы с усилениями, для чего необходим присадочный металл, вводимый в виде проволоки.

4. Прочность сварных соединений сплава ВТ6, полученных лазерной сваркой, находится на уровне основного металла, а ударная вязкость швов и ЗТВ составляет около 70% от ударной вязкости основного металла, что является приемлемым показателем.

5. Сварные соединения сплава ВТ6, выполненные по оптимизированным технологиям АДС по флюсу, ЭЛС и лазерной сварки отвечают требованиям стандарта и являются стойкими к коррозионному растрескиванию под действием растягивающих напряжений, хотя коррозионная стойкость сварных соединений уступает стойкости основного металла.

6. Установлена необходимость дальнейшего усовершенствования технологии лазерной сварки и оптимизации режимов термической обработки сварных соединений для высоколегированных титановых сплавов. Выдвинуто предположение о перспективности модифицирования термического цикла сварки за счет перехода от лазерной сварки к гибридной лазерно-дуговой.

Примечание. Работа выполнялась при поддержке Программы иностранных экспертов КНР №.WQ20124400119 (Chinese Program of Foreign Experts No.WQ20124400119), Программы инновационной группы провинции Гуандун, КНР № 201101C0104901263 (Guangdong Innovative Research Team Program No.201101C0104901263, China), проекта Гу-андунской ключевой лаборатории современной технологии сварки № 2012A061400011, КНР (Project of Guangdong Provincial Key Laboratory No. 2012A061400011, China).

Литература

1. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов / С.М. Гуревич, В.Н. Замков, В.Е. Блащук и др. - 2-е изд., доп. и перераб. - К.: Наук. Думка, 1986. - 240 с.

2. Электронно-лучевая сварка / О.К. Назаренко, А.А. Кайдалов, С.Н. Ковбасенко и др.; Под ред. Б.Е.Патона // АН УССР. Ин-т электросварки им. Е.О.Патона. - К.: Наук. думка, 1987. - 255 с.: ил.

3. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. акад. Б.Е. Патона. - М., «Машиностроение», 1974. - 768 с.

4. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 5. Лазерная сварка металлов: Учеб. пособие для вузов // А.Г. Гри-горьянц, И.Н. Шиганов; Под ред. А.Г.Григорьянца. - М.: Высш. шк., 1988 - 207 с.: ил.

5. Сварные швы на стали и титане, выполненные лазером / О.А. Величко, В.П. Гаращук, И.В. Молчан и др. // Автомат. сварка, 1974. - №10 (259). - С. 19-21.

6. Журов Н.В., Мильруд С.Р. Некоторые технологические особенности лазерной сварки трубных соединений // Использование высококонцентрированных источников энергии в сварочном производстве: материалы краткосрочного семинара 20-21 декабря. - Л.: ЛДНТП. - 1983. - С. 34-40.

7. Замков В.Н., Прилуцкий В.П., Новиков Ю.К. Достижения в области технологии сварки титана // Автомат. сварка, 1993. - №5 (482). - С. 25-27.

8. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов // Е.А. Борисова, Г.А. Бочвар, М.Я. Брун и др. - М., «Металлургия», 1980. - 464 с.

9. Замков В.Н., Прилуцкий В.П. Технологические возможности АДС титана по флюсу // Актуальные проблемы сварки цветных металлов. Доклады I Всесоюзной конференции. - Киев: «Наукова Думка», 1980. - С. 300-301.

10. Влияние способа сварки плавлением на свойства соединений сплава Ti - 6Al - 4V / В.Н. Замков, В.П. Прилуцкий, И.К. Петриченко, В.Ф. Топольский // Автоматическая сварка, №4, 2001. - С. 3-7.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.