По страницам журнала «Welding Journal», 2009, № 9, 10
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101755 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | По страницам журнала «Welding Journal», 2009, № 9, 10 / В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2010. — № 8 (688). — С. 63-66. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860113220705976320 |
|---|---|
| author | Кислицын, В.М. |
| author_facet | Кислицын, В.М. |
| citation_txt | По страницам журнала «Welding Journal», 2009, № 9, 10 / В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2010. — № 8 (688). — С. 63-66. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| first_indexed | 2025-12-07T17:35:02Z |
| format | Article |
| fulltext |
ИСКЛЮЧЕНИЕ ТРЕЩИН ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ СУПЕРСПЛАВА ALVAC 718PLUS (№ 9)
Alvac 718Plus представляет собой новый упрочненный
суперсплав на никелевой основе, предназначенный для рас-
ширения температурного интервала эксплуатации изделий,
изготовленных из широко известного сплава Inconel 718,
прочность которого снижается при температуре эксплуа-
тации свыше 650 °С из-за неустойчивости основной упроч-
няющей γ′′-фазы.
Проведенные ранее исследования показали, что при элек-
тронно-лучевой сварке сплава Inconel 718 возможно появле-
ние трещин в зоне термического влияния, что характерно
для многих суперсплавов на никелевой основе. Кроме того,
оказалось, что процесс образования трещин при электронно-
лучевой сварке можно существенно ограничить, или даже
полностью предотвратить его развитие путем использования
соответствующей предварительной термообработки зоны со-
единения.
В связи с этим целью проведенных исследований явля-
ется выявление влияния предварительной термообработки на
процесс возникновения трещин в зоне термического влияния
при электронно-лучевой сварке суперсплава Alvac 718Plus.
Методика проведения исследований включала предвари-
тельную термообработку образцов сплава размером
12 12 100 мм, сварку фокусированным лазерным лучом
(при следующих параметрах сварки: анодное напряжение
44 кВ, ток луча 79 мА, скорость сварки 152 см/мин), разрез-
ку образцов поперек сварного шва на станках электроискро-
вой резки, полировку по стандартной методике и электроли-
тическое травление в 10 %-й щавелевой кислоте в течение
5 с при напряжении 6 В.
Микроструктуру поперечного сечения сварных образцов
изучали с помощью оптического микроскопа и сканирующе-
го электронного микроскопа «JEOL 5900» как в режиме от-
ражения вторичных электронов, так и в режиме фиксирова-
ния обратно-рассеянных электронов.
Чувствительность металла к растрескиванию оценивали
путем измерения общей длины трещин, выявляемых в восьми
участках каждого микрошлифа сварного образца.
Предварительную термообработку образцов проводили
при трех вариантах изменения температуры (950, 1050 и
1150 °С) и при трех вариантах охлаждения (в ледяной воде
со скоростью 500 °С/с; на воздухе со скоростью 25 °С/с и
вместе с печью со скоростью 0,25 °С/с).
Распределение среднего размера зерен металла в зависи-
мости от температуры предварительной термообработки
представлено на рис. 1.
Влияние параметров предварительной термообработки
на восприимчивость металла к растрескиванию представлено
на рис. 2.
Дальнейшие исследования показали, что не менее сущес-
твенное влияние на процесс образования трещин в зоне тер-
мического влияния при сварке сплава 718Plus оказывает кон-
центрация бора. В связи с этим для повышения свариваемос-
ПО СТРАНИЦАМ
ЖУРНАЛА
«WELDING
JOURNAL»,
2009, № 9, 10
Рис. 1. Температура термообработки (°С): 1 — закалка образ-
цов в воде ледяной температуры; 2 — охлаждение на воздухе;
3 — охлаждение вместе с печью
Рис. 2. Влияние параметров предварительной термообработки
на общую длину трещин в зоне термического влияния: 1–3
— то же, что и на рис. 1
8/2010 63
ти этого сплава концентрация бора должна быть на мини-
мальном уровне.
Проведение данных исследований позволило выявить
взаимосвязь появления трещин с выделением бора по грани-
цам зерен свариваемого металла и с размером кристалличес-
ких зерен. Показано, что эти два фактора (сегрегация бора и
величина кристаллических зерен) зависят от параметров
предварительной термической обработки и при соответству-
ющем выборе этих параметров появляется возможность ус-
транения появления трещин в зоне сварного соединения.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА В ЗОНЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ
МЕТОДОМ ИСПЫТАНИЙ НА МИКРОПРОКОЛ (№ 9)
Метод испытания металлов микропроколом позволяет
оценивать основные механические свойства любых матери-
алов (пределы текучести и прочности, относительное удли-
нение, энергию разрушения и ударную вязкость металлов).
Особенно важно иметь информацию об этих свойствах ме-
талла непосредственно в зоне термического влияния, где по-
явление микроструктур с высокой твердостью и хрупкостью
во многих случаях определяет прочность сварного соедине-
ния.
Этот метод можно отнести к категории методов контроля
механических свойств, близких к неразрушающим испыта-
ниям из-за очень малых размеров образцов (10 10 мм) тол-
щиной 0,5 мм, вырезаемых из испытуемого металла на ус-
тановках электроискрового резания. Однако в отличие от
известных методов неразрушающего контроля, основанных
на косвенных измерениях механических свойств, метод мик-
ропрокола позволяет проводить непосредственные измере-
ния этих параметров.
Схема устройства для реализации метода испытаний
микропроколом представлена на рис. 1.
Типичные зависимости деформации образца от прилага-
емой нагрузки, регистрируемые при этом методе испытаний,
представлены на рис. 2.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ ДВУХФАЗНЫХ СТАЛЕЙ (№ 10)
Процесс постоянного совершенствования качества высо-
копрочных сталей вызывает необходимость в соответствую-
щем совершенствовании способов их соединения. К извест-
ным способам соединения концов стальной ленты при изго-
товлении стального проката из высокопрочных сталей или
при ее последующей обработке (травление, цинкование) от-
носится дуговая сварка в инертных или в активных газах,
лазерная сварка (для толщин металла менее 1 мм), однако
наиболее широко применяют стыковую сварку оплавлением
и шовную сварку сопротивлением.
К проблемам сварки концов металлической полосы из вы-
сокопрочных сталей относятся затруднения при разрезке стали
высокой твердости, повышенные зазоры при стыковке торцов
перед сваркой, склонность к разрыву листа в процессе проката
из-за повышения твердости в зоне соединения и т. п.
Способ высокочастотной сварки, который относится к
процессам сварки в твердой фазе, считается наиболее перс-
пективным в связи с известными недостатками конкуриру-
ющих способов: сварки сопротивлением (низкая скорость
сварки, применение лишь для металлов малой толщины) и
сварки оплавлением (сложность контроля параметров про-
цесса, неравномерность плавления по ширине полосы, скру-
чивание торцов полосы).
Целью проведенных исследований является выявление
взаимосвязи между параметрами термического воздействия
импульсного высокочастотного нагрева и качеством соеди-
нения высокопрочных сталей, а также оценка возможности
использования результатов данных исследований для реали-
зации в производственных условиях.
В данной работе использовали образцы размером
1,6 44 89 мм, которые после фиксации в алюминиевых
губках нагревали водоохлаждаемым индуктором от источни-
ка высокочастотного тока с максимальной мощностью
100 кВт в интервале частот 250…400 кГц. Для исключения
влияния на качество сварных соединений воздушной среды
сварку проводили в камере, заполненной аргоном.
К основным особенностям экспериментального и компь-
ютерного моделирования условий высокочастотной сварки,
отличающихся от условий способов, широко применяемых
в промышленности, например, при сварке труб, относятся
следующие: 1) скоротечность процесса, исключающего ус-
тановление стабильных параметров сварки (время нагрева не
более 4 с); 2) четкое управление перемещением торцов сва-
риваемых полос с исходной величиной зазора между торцами
свариваемых образцов 1 мм (не зависящим от скорости свар-
ки или угла смыкания металла при изготовлении прямошов-
ных труб); 3) возможность изменения частоты индукцион-
ного нагрева в пределах 250…400 кГц и использование сов-
ременных средств управления мощностью источника
питания в пределах 25…100 кВт.
Рис. 1. Схема устройства для реализации метода испытаний
на микропрокол: 1 — усилие, прилагаемое установкой для
испытаний; 2 — пуансон; 3 — образец испытуемого металла;
4 — прибор регистрации линейных деформаций
Рис. 2. Зависимость деформации образца от нагрузки при ис-
пытаниях на микропрокол
64 8/2010
ИЗМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА ГРАНИЦЕ СВАРНОГО ШВА
В ОБРАЗЦАХ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ (№ 10)
Исследования химических и микроструктурных градиен-
тов на границе сварного шва, возникающих при различных
способах сварки (автоматической сварке под флюсом, руч-
ной сварке в защитных газах, автоматической сварке в инер-
тной атмосфере), были проведены с целью выявления их
влияния на стойкость металла сварного шва к хрупкому раз-
рушению.
В качестве объекта исследований использована низкоуг-
леродистая сталь А508 (по классификации ASTM), в состав
которой, кроме железа, входят следующие легирующие эле-
менты, мас. %: 0,20 C; 3,4 Ni; 1,75 Cr; 0,55 Mo; 0,25 Mn.
Используемый для сварки этой марки стали присадочный
материал S3NiMo1 содержит легирующие элементы в следу-
ющем количестве: 0,10 C; 0,95 Ni; 0,1 Cr; 0,5 Mo; 1,4 Mn;
0,2 Si. Таким образом, в присадочном материале меньше никеля
и хрома, но больше марганца, чем в основном металле.
Эти различия химического состава основного и приса-
дочного металлов приводят к возникновению сложных мик-
рохимических реакций на границе сварного шва, где высокая
скорость диффузии элементов в зону термического влияния,
а конвективному перемешиванию металла препятствует быс-
трое затвердевание металла сварного шва. Причем процесс
массопереноса во время затвердевания и охлаждения металла
сварного шва резко ограничен во времени (не более 5 с).
Результаты исследований указывают на наличие процес-
са массопереноса никеля из основного металла в сварной
шов, и на встречный перенос марганца во время затвердева-
ния металла сварного шва и вблизи момента формирования
прослойки δ-феррита между металлом сварного шва и зоной
термического влияния. Молибден почти не участвует в мас-
сопереносе из-за приблизительно равной его концентрации
как в основном металле, так и в металле сварного шва.
По сравнению со способами автоматической и ручной
дуговой сварки в защитных газах способ автоматической
дуговой сварки вольфрамовым электродом менее подвержен
указанным выше явлениям, в связи со снижением тепловло-
жения в процессе сварки и сокращения времени пребывания
металла при температуре плавления.
ПАЙКА СЕРЕБРА С АЛЮМИНИЕМ И МЕДЬЮ
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КРИОГЕННОЙ АППАРАТУРЫ (№ 10)
Миниатюризация и повышение быстродействия элект-
ронно-вычислительной аппаратуры (увеличение тактовой
частоты процессоров свыше 5 ГГц) вызывает необходимость
совершенствования теплоотводящих устройств (тепловых
трубок) с использованием серебряного теплоотводящего эле-
мента, который обычно соединяют с медным или алюмини-
евым корпусом способом низкотемпературной пайки (ри-
сунок).
В качестве охладителей используют воду, позволяющую
отводить от тепловыделяющего элемента до 1000 Вт/см2, и
более эффективные низкокипящие жидкости (хлордифтор-
метан, четырехфтористый углерод), сплавы с низкой темпе-
ратурой плавления (натрий, галлий) и сжиженные газы (азот).
Цель проведения исследований состояла в оценке проч-
ностных свойств соединений серебра с медью и серебра с
алюминием, паяных припоем Sn–20 мас. % Zn до и после
термоциклирования в интервале температуры от –196 до
+20 °С и влияния криогенных температур на микроструктуру
металла паяного шва.
Испытания паяных соединений на термоциклирование
выявили снижение как прочности на растяжение примерно
на 14 % образцов соединений серебра с алюминием, так и
прочности на растяжение до 4 % у образцов соединений
серебра с медью. Отсутствие микротрещин указывает на не-
высокий уровень механических напряжений в зоне паяного
шва, возникающих при термоциклировании, что обусловлено
высокой пластичностью основного компонента припоя.
Распределение температуры в период затвердевания сварного
шва при автоматической дуговой сварке под флюсом
Схема конструкции испарителя для охлаждения процессора:
1 — алюминиевая трубка; 2 — теплоотводящая пластина из
чистого серебра; 3 — крышка (паяная); 4 — ввод термопары;
5 — трубка подвода жидкого азота; 6 — отвод паров азота;
7 — коллектор паров азота; 8 — паяный шов
8/2010 65
ПРОВЕРКА КАЧЕСТВА ПАЯНО-СПЕКАЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ
МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОГО РЕЗОНАНСА (№ 10)
Порошковая металлургия представляет собой совокуп-
ность методов и технологических процессов, направленных
на получение поликристаллических одно- или многофазных
материалов и изделий из них с помощью диспергирования
металлов, обработки давлением в условиях нагрева в печах
с контролируемой атмосферой до температуры ниже точки
плавления обрабатываемых материалов.
Для изготовления спекаемых изделий более сложной
конфигурации и с требуемым уровнем прочности можно ис-
пользовать метод ее расчленения на несколько более простых
заготовок, изготавливаемых вместе с предварительно закла-
дываемыми в них вставками из припоя, который расплавля-
ется в процессе спекания заготовок, соединяя их в монолит-
ную конструкцию. При этом паяно-спекаемое изделие обес-
печивает достаточно прочное соединение заготовок при
существенном снижении себестоимости его изготовления.
В качестве примера решения подобной задачи на рисунке
показаны несколько отдельно компактированных заготовок
со вставками из припоя, которые отмечены стрелками.
Однако при изготовлении паяно-спекаемых изделий воз-
можно появление некоторых дефектов, например, перекос
соединяемых заготовок или недостаточно глубокое проник-
новение припоя в соединяемые заготовки. Гарантирование
высокого качества готовых изделий, выпускаемых крупными
сериями или в массовом производстве можно обеспечить
введением в технологический процесс достаточно дорогой
операции разбраковки изделий при выявлении в них потен-
циальных дефектов.
Снизить затраты на этой операции оказалось возможным
при использовании резонансно-акустического метода нераз-
рушающего контроля, который фиксирует отклонение серии
ответных сигналов, фиксируемых на частотах в пределах
4…40 кГц, от сигналов, характеризующих доброкачествен-
ное (структурно однородное) изделие.
Тестирование качества изготовления блока шестеренок
коробки передач методом акустического резонанса показало
достаточно четкую корреляцию полученных результатов это-
го метода с результатами разрушающих методов контроля.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ, ПРИСУЩИХ СПОСОБУ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИ АЛЮМИНИЯ (№ 10)
Замена меди алюминием в конструкциях теплообменни-
ков вынуждает изготовителей изменить свое отношение к
выбору способа пайки, припоя и флюса.
В отличие от пайки изделий из меди, которые можно
паять самофлюсующимися припоями на основе сплавов
медь-фосфор, к проблемам пайки алюминия относится необ-
ходимость поиска оптимального варианта флюса по техно-
логическим и экономическим параметрам, необходимость
выбора метода его нанесения. Усложняется процесс пайки
также из-за минимальной разницы между температурой
плавления основного металла и плавлением высокотемпера-
турного припоя (обычно менее 100°). Эти проблемы усугуб-
ляются при изготовлении алюминиевых конструкций с более
высокой плотностью монтажа теплообменников из трубок.
При выборе активного флюса на основе хлорида калия
с многочисленными фирменными добавками, который обес-
печивает качественное соединение изделий из алюминия,
возникает проблема очень тщательного удаления остатков
флюса во избежание возникновения электролитической кор-
розии в процессе эксплуатации.
Решить проблему тщательного удаления остатков актив-
ного флюса можно путем использования некорродирующего
флюса, например, на основе фторидов калия и цезия, однако
после пайки в местах соединения появляются белесоватые
пятна с матовой поверхностью, которые затрудняют опера-
цию повторной пайки (например, при появлении дефектов
паяного соединения). В качестве примера некорродирующе-
го флюса обычно используют разработки фирмы «NOCO-
LOK» для пайки алюминия припоями на основе алюминий–
кремний.
Проблема нанесения на место пайки флюса и припоя, в
частности, для получения кольцевых соединений, может
быть решена использованием спеченных колец из смеси по-
рошков припоя и флюса требуемой зернистости, или труб-
чатого припоя с порошком флюса внутри, однако исключить
свойственные им «недостатки» можно с помощью припой-
ных шайб фирмы «ChannelFlux», которые имеют внут-
реннюю канавку для размещения точно отмеренной порции
флюса.
Относительно проблемы минимальной разницы между
температурой плавления основного металла и плавления при-
поя можно рекомендовать припой на основе цинк–алюминий
(78 % Zn + 22 % Al), который плавится в интервале темпе-
ратур 426…470,7 °С и соответствует интервалу активности
флюса с добавками цезия.
Проведенные независимые испытания на механическую
прочность и стойкость в морском тумане (в соответствии с
ASTM B117) в течение 2000 ч показывают возможность ус-
пешной замены известных марок припоя сплавами на основе
цинк–алюминий.
Материал подготовил
В. М. Кислицын, канд. техн. наук
66 8/2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101755 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:35:02Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кислицын, В.М. 2016-06-06T19:42:09Z 2016-06-06T19:42:09Z 2010 По страницам журнала «Welding Journal», 2009, № 9, 10 / В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2010. — № 8 (688). — С. 63-66. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101755 ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Краткие сообщения По страницам журнала «Welding Journal», 2009, № 9, 10 Review of journal «Welding Journal», № 9/10, 2009 Article published earlier |
| spellingShingle | По страницам журнала «Welding Journal», 2009, № 9, 10 Кислицын, В.М. Краткие сообщения |
| title | По страницам журнала «Welding Journal», 2009, № 9, 10 |
| title_alt | Review of journal «Welding Journal», № 9/10, 2009 |
| title_full | По страницам журнала «Welding Journal», 2009, № 9, 10 |
| title_fullStr | По страницам журнала «Welding Journal», 2009, № 9, 10 |
| title_full_unstemmed | По страницам журнала «Welding Journal», 2009, № 9, 10 |
| title_short | По страницам журнала «Welding Journal», 2009, № 9, 10 |
| title_sort | по страницам журнала «welding journal», 2009, № 9, 10 |
| topic | Краткие сообщения |
| topic_facet | Краткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101755 |
| work_keys_str_mv | AT kislicynvm postranicamžurnalaweldingjournal2009910 AT kislicynvm reviewofjournalweldingjournal9102009 |