Влияние газовой среды в сварочном зазоре при сварке взрывом на структуру соединения Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.791.13

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21 -3-894-896

ВЛИЯНИЕ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ В СВАРОЧНОМ ЗАЗОРЕ ПРИ СВАРКЕ ВЗРЫВОМ НА СТРУКТУРУ СОЕДИНЕНИЯ

© А.А. Бердыченко1*, О.Л. Первухина2)

^ Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова,

г. Барнаул, Российская Федерация, e-mail: [email protected] 2) Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, e-mail: [email protected]

Экспериментально, на примере сварки взрывом образцов из титана, показано влияние различной газовой среды в сварочном зазоре на структуру сварного шва длинномерных изделий за счет изменения концентрации газов в вихревых зонах.

Ключевые слова: биметалл; титан; масштабный фактор; сварочный зазор; концентрация газа; микроструктура.

Титан при температуре более 450 °С активно взаимодействует с кислородом и азотом с выделением большого количества тепла и образованием оксидов и нитридов, обладающих высокой твердостью и низкой пластичностью. При сварке взрывом титана со сталью по мере удаления от начала процесса качество соединения стремительно падает. Большинство исследователей связывает это с образованием в зоне сварки интер-металлидных соединений [1]. В работе [2] теоретически показана возможность возгорания частиц титана в сварочном зазоре с образованием оксидов. Для экспериментального изучения влияния атмосферы в сварочном зазоре на процесс образования соединения при сварке взрывом и роли в этом процессе масштабного фактора исследования проведены при сварке титана с титаном, что исключает образование интерметаллидов.

Метаемую и неподвижную пластины собирали со сварочным зазором, который герметизировали аргоно-дуговой сваркой по периметру. В результате были получены образцы размерами 500x1900 мм, сварочный зазор в которых сначала вакуумировали, а затем заполняли различными газами (азот, кислород, аргон и гелий).

Сварку производили при скорости точки контакта 1880, 2680 и 3950 м/с. Темплеты для исследования структуры сварного соединения отбирали из середины последней трети образца по направлению хода детонации заряда взрывчатого вещества.

Результаты металлографических исследований, представленных на рис. 1, свидетельствуют о существенной роли газовой среды в сварочном зазоре в формировании структуры сварного соединения при сварке взрывом.

Концентрация кислорода и азота в металле вихревых зон соединений титан+титан, сваренных в среде воздуха, растет с увеличением скорости точки контакта Ук и удалением от начала процесса сварки Ь. Содержание кислорода и азота в металле вихревых зон в десятки раз превышает предельно допустимое значение для титана марки ВТ1-0. Исследование химического соста-

ва металла вихревых зон сварных соединений, полученных в среде кислорода и азота, показало, что он насыщен тем газом, в среде которого производилась сварка.

Воздух, Vk = 3950 м/с

Кислород, Vk = 2680 м/с

2016. Т. 21, вып. 3. Физика

Аргон, Vk = 2680 м/с

s

■PC |1

IJO

\jj

Гелий, Ук = 2680 м/с

Рис. 1. Структура сварного соединения титан+титан после сварки взрывом в различных газах

Рис. 2. Зависимость концентрации газов (кислорода С0 и азота См) в вихревых зонах от V, после сварки взрывом на воздухе (1 - 1880 м/с; 2 - 2680 м/с; 3 - 3950 м/с)

Рис. 3. Концентрация газов в вихревых зонах, после сварки взрывом в среде кислорода (1) и азота (2) при V = 2680 м/с

Абсолютная величина и характер изменения концентрации газов в вихревых зонах с удалением от начала процесса сварки идентичны подобным зависимостям для образцов, сваренных в среде воздуха при той же скорости точки контакта.

Рост концентрации газов сопровождается возникновением структурной и химической неоднородности и трех-, четырехкратным повышением твердости металла вихревых зон, что значительно снижает пластические свойства сварного соединения.

Сварные соединения, полученные в среде аргона и гелия (рис. 1), не имеют темнотравящихся вихревых зон. Сварка в среде гелия делает структуру металла вихревых зон более однородной. Металл вихревых зон не имеет пор, каких-либо включений и усадочных раковин, а его микротвердость не отличается от микротвердости металла рекристаллизованной зоны. Отжиг такого соединения при температуре 550...600 °С делает структуру металла вихревых зон практически неотличимой от структуры окружавшего их металла.

Проведенные эксперименты доказывают, что атмосфера в сварочном зазоре при сварке взрывом крупногабаритных изделий оказывает ключевое влияние на структуру сварного шва.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лысак В.И., Кузьмин С.В. Сварка взрывом. М.: Машиностроение, 2005. 544 с.

2. Бердыченко А.А., Злобин Б.С., Первухин Л.Б., Штерцер А.А. О возможном возгорании выбрасываемых в зазор частиц при сварке титана взрывом // Физика горения и взрыва. 2003. № 2. С. 128-136.

Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.

UDC 621.791.13

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21 -3-894-896

EFFECT OF GAS IN THE WELDING GAP DURING EXPLOSIVE WELDING ON THE STRUCTURE

© A.A. Berdychenko1), O.L. Pervukhina2)

^ Polzunov Altai State Technical University, Barnaul, Russian Federation, e-mail: [email protected] 2) Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science RAS, Russian Federation, e-mail: [email protected]

It is shown experimentally the effect of varying the gas medium in the welding gap to weld the structure of long products by changing the concentration of gases in the vortex zones on the example of the explosion welding titanium samples.

Key words: the bimetal; titanium; scale factor; gap welding; gas concentration; microstructure.

REFERENCES

1. Lysak V.I., Kuz'min S.V. Svarka vzryvom. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2005. 544 p.

2. Berdychenko A.A., Zlobin B.S., Pervukhin L.B., Shtertser A.A. O vozmozhnom vozgoranii vybrasyvaemykh v zazor chastits pri svarke titana vzryvom. Fizika goreniya i vzryva — Combustion, Explosion. and Shock Waves, 2003, no. 2, pp. 128-136.

Received 10 April 2016

Бердыченко Александр Анатольевич, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, г. Барнаул, Российская Федерация, кандидат технических наук, доцент кафедры физики и технологии композиционных материалов, e-mail: [email protected]

Berdychenko Aleksander Anatolevich, Polzunov Altai State Technical University, Barnaul, Russian Federation, Candidate of Technics, Associate Professor of Physics and Technology of Composite Materials Department, e-mail: [email protected]

Первухина Ольга Леонидовна, Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории ударно-волновых процессов, e-mail: [email protected]

Pervukhina Olga Leonidovna, Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science RAS, Chernogolovka, Russian Federation, Candidate of Technics, Leading Research Worker of Shock Wave Processes Laboratory, e-mail: [email protected]