Свойства соединений высокопрочного титанового сплава Т110, выполненных сваркой плавлением

Сварку высокопрочных титановых сплавов в настоящее время возможно выполнять дуговым способом, электронным
 лучом в вакууме (ЭЛС), лазерным лучом. Известны успешные примеры применения совмещенного лазерно-дугового
 процесса для выполнения сварных соединений титановых сплавов. В ряде с...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Автоматическая сварка
Date:2014
Main Authors: Ахонин, С.В., Белоус, В.Ю., Антонюк, С.Л., Петриченко, И.К., Селин, Р.В.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103245
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Свойства соединений высокопрочного титанового сплава Т110, выполненных сваркой плавлением / С.В. Ахонин, В.Ю. Белоус, С.Л. Антонюк, И.К. Петриченко, Р.В. Селин // Автоматическая сварка. — 2014. — № 1 (728). — С. 54-57. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860070126388248576
author Ахонин, С.В.
Белоус, В.Ю.
Антонюк, С.Л.
Петриченко, И.К.
Селин, Р.В.
author_facet Ахонин, С.В.
Белоус, В.Ю.
Антонюк, С.Л.
Петриченко, И.К.
Селин, Р.В.
citation_txt Свойства соединений высокопрочного титанового сплава Т110, выполненных сваркой плавлением / С.В. Ахонин, В.Ю. Белоус, С.Л. Антонюк, И.К. Петриченко, Р.В. Селин // Автоматическая сварка. — 2014. — № 1 (728). — С. 54-57. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Автоматическая сварка
description Сварку высокопрочных титановых сплавов в настоящее время возможно выполнять дуговым способом, электронным
 лучом в вакууме (ЭЛС), лазерным лучом. Известны успешные примеры применения совмещенного лазерно-дугового
 процесса для выполнения сварных соединений титановых сплавов. В ряде случаев отмечается отрицательное влияние
 термического цикла ЭЛС и лазерной сварки на свойства ряда легированных титановых сплавов. Цель настоящей работы
 состояла в изучении влияния различных способов сварки и присадочного металла на механические свойства и структуру сварных соединений на примере высокопрочного титаного сплава Т110. Показано, что высокопрочный титановый
 сплав Т110 отличается хорошей свариваемостью при выполнении сварных соединений ЭЛС, аргонодуговой сваркой
 вольфрамовым электродом сквозным проплавлением, аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом по слою флюса
 и лазерно-дуговой сваркой. В качестве присадочной проволоки для аргонодуговой сварки сплава Т110 целесообразно
 применять проволоку марки СП15, в случае сварки без применения присадочного материала наибольшие значения
 ударной вязкости металла шва и ЗТВ обеспечивает аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом по слою флюса
first_indexed 2025-12-07T17:09:54Z
format Article
fulltext 54 1/2014 УДК 621.791:69.295 СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ ВЫСОКОПРОЧНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА Т110, ВЫПОЛНЕННЫХ СВАРКОЙ ПЛАВЛЕНИЕМ С. В. АХОНИН1, В. Ю. БЕЛОУС1, С. Л. АНТОНЮК2, И. К. ПЕТРИЧЕНКО1, Р. В. СЕЛИН1 1 ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. Е-mail: office@paton.kiev.ua 2 ГП «Антонов». 03062, г. Киев, ул. Академика Туполева, 1. E-mail: lavrenko@antonov.com Сварку высокопрочных титановых сплавов в настоящее время возможно выполнять дуговым способом, электронным лучом в вакууме (ЭЛС), лазерным лучом. Известны успешные примеры применения совмещенного лазерно-дугового процесса для выполнения сварных соединений титановых сплавов. В ряде случаев отмечается отрицательное влияние термического цикла ЭЛС и лазерной сварки на свойства ряда легированных титановых сплавов. Цель настоящей работы состояла в изучении влияния различных способов сварки и присадочного металла на механические свойства и струк- туру сварных соединений на примере высокопрочного титаного сплава Т110. Показано, что высокопрочный титановый сплав Т110 отличается хорошей свариваемостью при выполнении сварных соединений ЭЛС, аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом сквозным проплавлением, аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом по слою флюса и лазерно-дуговой сваркой. В качестве присадочной проволоки для аргонодуговой сварки сплава Т110 целесообразно применять проволоку марки СП15, в случае сварки без применения присадочного материала наибольшие значения ударной вязкости металла шва и ЗТВ обеспечивает аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом по слою флюса. Библиогр. 8, табл. 2, рис. 3. К л ю ч е в ы е с л о в а : титановые сплавы, Т110, аргонодуговая сварка, свойства, лазерная сварка, флюс Титановые сплавы характеризуются высокой проч- ностью, жаропрочностью при умеренных темпера- турах и коррозионной стойкостью в большинстве агрессивных сред. Благодаря таким качествам они находят применение для изготовления ответствен- ных конструкций в самолетостроении, двигателе- строении, химической и других областях промыш- ленности. В настоящее время все большее внимание уделяется расширению использования сварных кон- струкций и узлов из сплавов титана высокой проч- ности (sв ≥ 1100 МПа). Сварка — один из наиболее распространенных технологических процессов при создании сложных деталей и узлов, поэтому свариваемость титанового сплава — это важный фактор, определяющий целесообразность его применения. Однако свариваемость существую- щих высокопрочных сплавов титана, применение которых может дать наибольшее снижение массы конструкции, значительно хуже, чем сплавов низ- колегированных, и по этому показателю они усту- пают даже некоторым высокопрочным сталям. В ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины совместно с ГП «Антонов» разработан новый высокопрочный титановый сплав Т110 системы Ti–Al–Mo–V–Nb– Fe–Zr, содержащий легирующие элементы в коли- честве (мас. %): (5,0…6,0) алюминия, (3,5…4,8) ниобия, (0,8…1,8) молибдена, (0,8…2,0) ванадия, (1,5…2,5) железа, (0,3…0,8) циркония [1, 2]. Раз- работанный сплав по своим служебным характе- ристикам превосходит сплавы ВТ22 и ВТ23. Сварку высокопрочных титановых сплавов в настоящее время возможно выполнять дуговым способом, электронным лучом в вакууме (ЭЛС), лазерным лучом. Дуговая сварка позволяет из- менять химический состав металла шва и имеет такие преимущества как дешевизна и простота оборудования. ЭЛС и сварка лазерным лучом от- личаются высокой концентрацией энергии в пят- не нагрева и соответственно высокой проплав- ляющей способностью и производительностью, однако введение присадочного металла при этом затруднительно. В ряде случаев отмечается от- рицательное влияние термического цикла ЭЛС и лазерной сварки на свойства ряда легированных титановых сплавов ВТ23, ВТ22 [3], что связано с более высокими скоростями нагрева и охлаж- дения металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ). Известны успешные примеры применения совмещенного лазерно-дугового процесса для вы- полнения сварных соединений титановых сплавов [4]. Поэтому представляется целесообразным изу- чить влияние различных способов сварки на меха- нические свойства и структуру сварных соедине- ний высокопрочного титанового сплава Т110. Цель настоящей работы состояла в изучении влияния различных способов сварки и присадоч- ного металла на механические свойства и структу- © С. В. Ахонин, В. Ю. Белоус, С. Л. Антонюк, И. К. Петриченко, Р. В. Селин, 2014 551/2014 ру сварных соединений на примере высокопроч- ного титанового сплава Т110. В ходе работ исследовали свойства сварных со- единений титанового сплава Т110 толщиной 7 и 13 мм, выполненных различными способами. Ме- ханические свойства основного металла приведе- ны в табл. 1. Пластины титанового сплава Т110 толщи- ной 7 мм сваривали ЭЛС, аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом (ТИГ) со сквозным проплавлением; аргонодуговой сваркой вольфра- мовым электродом по слою флюса (A-ТИГ) [5] и аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом в разделку. В последнем случае в качестве приса- дочной проволоки использовали легированную проволоку марки СП-15 (Ti–4,5Al–2,5Mo–2,5V– 3,5Nb–1,5Zr) [6], которая может применяться для сварки высокопрочных титановых сплавов ВТ23 и ВТ22 [7]. Дуговую сварку пластин толщиной 7 мм вольфрамовым электродом в аргоне выпол- няли в автоматическом режиме лабораторной сва- рочной головкой с применением источника пита- ния ARISTO-500 фирмы ESAB. ЭЛС проводили в установке УЛ-144, укомплектованной источни- ком питания ЭЛА 60/60. Сварку металла методом А-TИГ выполняли с применением флюса марки АНТ-25 А [8]. Пластины титанового сплава Т110 толщиной 13 мм сваривали лазерно-дуговой свар- кой. Лазерной сваркой выполняли наплавку на пластины толщиной 13 мм сплава Т110. Лазерную и лазерно-дуговую сварку осуществляли с приме- нением лазерной установки DY 044 (Nd:YAG-ла- зер, длина волны 1,06 мкм) по схеме, согласно ко- торой вольфрамовый электрод расположен перед лазерным лучом, а сам лазерный луч попадает в хвостовую часть сварочной ванны [4]. При этом в качестве источника питания сварочной дуги при- менен сварочный выпрямитель ВДУ-601. Примеры выполненных сварных соединений приведены на рис. 1 и 2. Металл швов, выполненных ЭЛС, состоит из превращенных равноосных b-зерен, внутри ко- торых наблюдается равномерный распад твердо- го раствора с выделением дисперсных колоний частиц вторичной a-фазы, в околошовном участ- ке зерно бывшей b-фазы более мелкое, что свиде- тельствует о меньшем тепловложении в собира- тельную рекристаллизацию. По мере удаления от зоны сплавления в основной металл размер поли- эдрических равноосных зерен уменьшается. Свар- ные соединения сплава Т110, выполненные ЭЛС, как и сварные соединения промышленных спла- вов титана подобного типа имеют высокую проч- ность, недостаточную пластичность и ударную вязкость, поэтому для повышения этих характери- стик сварные соединения сплава Т110, выполнен- ные ЭЛС, целесообразно подвергать отжигу. В сварном шве сплава Т110, выполненном ла- зерной сваркой, четко прослеживается дендритная структура (рис. 3, а), на фоне которой наблюдают- ся первичные βـзерна, вытянутые в направлении те- плоотвода. В металле шва, выполненного лазерной сваркой, фиксируются метастабильные βـ и α′∕α″ـ Т а б л и ц а 1 . Механические свойства титанового спла- ва Т110 Толщина металла σв, МПа σ0,2, МПа KCV, Дж/см2 7 1190 1150 31 13 1130 999 38 Рис. 1. Поперечные макрошлифы сварного соединения тита- нового сплава Т110 толщиной 7 мм, выполненные ЭЛС (а) и АДСВ (б) Рис. 2. Поперечные макрошлифы швов титанового сплава Т110 толщиной 13 мм, выполненные лазерной (а) и лазер- но-дуговой сваркой (б) при одинаковой мощности лазерного луча 56 1/2014 фазы, в зернах шва присутствует субструктура. Исследование микроструктуры сварных соедине- ний титановых сплавов позволили сделать вывод, что металл шва, полученный одной лишь лазер- ной сваркой, имеет более высокие внутренние на- пряжения, о чем опосредственно свидетельствует наличие многочисленных ямок травления на по- перечных микрошлифах вдоль зоны сплавления, которые вытравливаются в местах выхода на по- верхность сосредоточений дислокаций. В металле ЗТВ сварных соединений, выполненных лазерной сваркой, отсутствует участок крупного зерна. В металле ЗТВ сварных соединений, выполненных лазерно-дуговой сваркой, участок крупного зерна присутствует. В отличие от сварного соединения сплава Т110, выполненного лазерной сваркой, ни в шве, ни в металле ЗТВ сварного соединения, вы- полненного лазерно-дуговой сваркой, не наблюда- лось субструктуры, микроструктура была более однородной и равномерной (рис. 3, б). При трав- лении шлифа сварного соединения, выполненно- го лазерно-дуговой сваркой, в таком же реактиве и в течение такого же времени, что и шлиф свар- ного соединения, выполненного лазерной свар- кой, ямки травления не появлялись. Вероятно, это может быть связано с более низким уровнем сва- рочных напряжений при лазерно-дуговой сварке сплава Т110, чем при лазерной сварке. Микроструктура сварных соединений, выпол- ненных дуговой сваркой, принципиально не от- личается от микроструктуры соединений, выпол- ненных ЭЛС. Так, металл однопроходных швов и околошовных участков соединений, полученных сквозным проплавлением методом ТИГ, имеет ха- рактерную пластинчатую структуру b-превращен- ного зерна, где между более грубыми пластинами a-фазы заметны более мелкие выделения третич- ной a-фазы. Как и в швах, выполненных ЭЛС, в отдельных зернах наблюдаются участки с частич- но превращенной b-фазой и a-оторочка по грани- цам b-зерен. В участках металла ЗТВ, прилега- ющих к основному металлу, помимо указанных структурных элементов внутри зерен наблюдает- ся первичная глобулярная a-фаза. Общим отли- чием микроструктуры соединений, выполненных дуговой сваркой, является величина структурных элементов. Они, как правило, более крупные, чем, вероятно, и объясняется относительно низкий уровень прочности дуговых швов (табл. 2). Сое- динения, выполненные ЭЛС и лазерной сваркой, имеют значительно меньшую структурно изме- ненную зону (сплавления и термического влия- ния) по сравнению с соединениями, выполненны- ми вольфрамовым электродом. Такое структурное отличие должно оказывать положительное влия- ние на условия пластической деформации в про- цессе нагружения. Об этом свидетельствует ана- лиз мест разрушения сварных образцов после механических испытаний. Для соединений ЭЛС типичным местом разрушения является основ- ной металл, для ТИГ — сварной шов. Для сое- динений, выполненных лазерно-дуговой сваркой, типичным местом разрушения является сварной шов, для лазерной — основной металл. Сравнение глубины проплавления при лазерно-дуговой и лазер- ной сварке, выполненного на режиме с аналогичны- ми параметрами лазерного луча, показало двукрат- ное повышение по глубине провара (см. рис. 2) при неизменной мощности лазерного луча. Сварные со- единения сплава Т110, выполненные ЭЛС и лазер- ной сваркой, имеют высокую прочность и недоста- точную ударную вязкость (табл. 2). Следует отметить высокую ударную вязкость металла ЗТВ сварных соединений, выполненных A-ТИГ по слою флюса и лазерно-дуговой сваркой. Наибольшую ударную вязкость металла шва име- ют соединения, выполненные многопроходной ду- говой сваркой с разделкой кромок с применением присадочной проволоки СП15, имеющей меньшее содержание легирующих элементов по сравнению с основным металлом. Наименьшую ударную вяз- кость имеет металл шва, выполненного лазерной Рис. 3. Микроструктура металла сварного шва сплава Т110, выполненного лазерной (а) и лазерно-дуговой сваркой (б) 571/2014 сваркой. Прочность сварных соединений титано- вого сплава Т110, выполненных лазерной и лазер- но-дуговой сваркой, больше прочности основного металла на 2…4 %, что объясняется наличием в металле шва дендритной структуры, характерной для литого металла шва. Таким образом, результаты выполненных ис- следований свидетельствуют о хорошей сваривае- мости сплава Т110 независимо от способа сварки. Выводы 1. Высокопрочный титановый сплав Т110 отлича- ется хорошей свариваемостью при выполнении сварных соединений ЭЛС, аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом сквозным проплавле- нием, аргонодуговой сваркой вольфрамовым элек- тродом по слою флюса и лазерно-дуговой сваркой. 2. После сварки сварные соединения, выпол- ненные ЭЛС, имеют прочность, равную основно- му металлу, а прочность сварных соединений, вы- полненных дуговой сваркой, составляет не менее 90 % прочности самого сплава. Для повышения уровня механических свойств сварных соедине- ний сплава Т110 возможно применение термиче- ской обработки. 3. В качестве присадочной проволоки для аргонодуговой сварки сплава Т110 це- лесообразно применять проволоку марки СП15. 4. Лазерно-дуговая сварка позволя- ет получать сварные соединения высоко- прочного титанового сплава Т110 с более широким комплексом механических ха- рактеристик и меньшими внутренними напряжениями по сравнению с лазерной сваркой. В металле ЗТВ сварных соедине- ний, выполненных одной лишь лазерной сваркой, отсутствует участок крупного зерна, что может приводить к снижению ударной вязкости металла в ЗТВ. В ЗТВ сварных соединений, выполненных лазер- но-дуговой сваркой, участок крупного зер- на присутствует. 5. Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом по слою флюса обеспечивает наибольшие значения ударной вязкости металла шва и ЗТВ сплава Т110 без применения присадоч- ного материала. 1. Пат. 40087 Україна. Високоміцний титановий сплав / В. М. Замков, В. П. Топольський, М. П. Тригуб та ін. – Опубл. 16.06.2003; Бюл. № 6. 2. Исследование механических свойств кованых полуфа- брикатов опытного титанового сплава Т110 / С. Л. Анто- нюк, В. Н. Замков, В. Ф. Топольский и др. // Современная электрометаллургия. – 2003. – № 3. – С. 30-33. 3. Laser welding of titanium alloys / B. E. Paton, V. D. Shelyagin, S. V. Akhonin / The Paton Welding J. – 2009. – № 7. – P. 30–34. 4. Особенности лазерно-дуговой сварки титановых спла- вов / В. Д. Шелягин, В. Ю. Хаскин, С. В. Ахонин и др. // Автомат. сварка. – 2012. – № 12. – С. 36–40. 5. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов / С. М. Гуревич, В. Н. Замков, В. Е. Блащук и др. – Киев: Наук. думка, 1986. – 240 с. 6. Изыскание присадочного материала для сварки (a+b)-ти- тановых сплавов / С. М. Гуревич, В. Н. Замков, Н. А. Кушниренко и др.: Сб. науч. тр. «Актуальные проблемы сварки цветных металлов». – Киев: Наук. думка, 1980. – С. 314–320. 7. Влияние термической обработки на работоспособность сварных соединений сплава ВТ23 / В. Н. Замков, В. Ф. Топольский, И. К. Тяпко и др. // Автомат. сварка. – 1993. – № 4. – С. 25–27. 8. А. с. 439363 СССР. Сварочный флюс / С. М. Гуревич, В. Н. Замков, В. П. Прилуцкий и др. – Бюл. № 30. Поступила в редакцию 28.10.2013 Т а б л и ц а 2 . Механические свойства сварных соединений тита- нового сплава Т110, выполненных различными способами сварки (состояние соединений — после сварки) Способ сварки Толщина металла, мм sв, МПа Ударная вязкость KCV, Дж/см2 металл шва ЗТВ ЭЛС 7 1140 10 10 ТИГ со сквозным проплавлением 7 1118 11 10 ТИГ с разделкой кромок 7 1030 20 12 A-TИГ по слою флюса 7 1120 18 20 Лазерная 13 1131 6 13 Лазерно-дуговая 13 1180 15 23
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103245
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
language Russian
last_indexed 2025-12-07T17:09:54Z
publishDate 2014
publisher Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
record_format dspace
spelling Ахонин, С.В.
Белоус, В.Ю.
Антонюк, С.Л.
Петриченко, И.К.
Селин, Р.В.
2016-06-15T06:37:54Z
2016-06-15T06:37:54Z
2014
Свойства соединений высокопрочного титанового сплава Т110, выполненных сваркой плавлением / С.В. Ахонин, В.Ю. Белоус, С.Л. Антонюк, И.К. Петриченко, Р.В. Селин // Автоматическая сварка. — 2014. — № 1 (728). — С. 54-57. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103245
621.791:69.295
Сварку высокопрочных титановых сплавов в настоящее время возможно выполнять дуговым способом, электронным
 лучом в вакууме (ЭЛС), лазерным лучом. Известны успешные примеры применения совмещенного лазерно-дугового
 процесса для выполнения сварных соединений титановых сплавов. В ряде случаев отмечается отрицательное влияние
 термического цикла ЭЛС и лазерной сварки на свойства ряда легированных титановых сплавов. Цель настоящей работы
 состояла в изучении влияния различных способов сварки и присадочного металла на механические свойства и структуру сварных соединений на примере высокопрочного титаного сплава Т110. Показано, что высокопрочный титановый
 сплав Т110 отличается хорошей свариваемостью при выполнении сварных соединений ЭЛС, аргонодуговой сваркой
 вольфрамовым электродом сквозным проплавлением, аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом по слою флюса
 и лазерно-дуговой сваркой. В качестве присадочной проволоки для аргонодуговой сварки сплава Т110 целесообразно
 применять проволоку марки СП15, в случае сварки без применения присадочного материала наибольшие значения
 ударной вязкости металла шва и ЗТВ обеспечивает аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом по слою флюса
ru
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
Автоматическая сварка
Производственный раздел
Свойства соединений высокопрочного титанового сплава Т110, выполненных сваркой плавлением
Properties of high-strength titanium alloy T110 joints made by fusion welding
Article
published earlier
spellingShingle Свойства соединений высокопрочного титанового сплава Т110, выполненных сваркой плавлением
Ахонин, С.В.
Белоус, В.Ю.
Антонюк, С.Л.
Петриченко, И.К.
Селин, Р.В.
Производственный раздел
title Свойства соединений высокопрочного титанового сплава Т110, выполненных сваркой плавлением
title_alt Properties of high-strength titanium alloy T110 joints made by fusion welding
title_full Свойства соединений высокопрочного титанового сплава Т110, выполненных сваркой плавлением
title_fullStr Свойства соединений высокопрочного титанового сплава Т110, выполненных сваркой плавлением
title_full_unstemmed Свойства соединений высокопрочного титанового сплава Т110, выполненных сваркой плавлением
title_short Свойства соединений высокопрочного титанового сплава Т110, выполненных сваркой плавлением
title_sort свойства соединений высокопрочного титанового сплава т110, выполненных сваркой плавлением
topic Производственный раздел
topic_facet Производственный раздел
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103245
work_keys_str_mv AT ahoninsv svoistvasoedineniivysokopročnogotitanovogosplavat110vypolnennyhsvarkoiplavleniem
AT belousvû svoistvasoedineniivysokopročnogotitanovogosplavat110vypolnennyhsvarkoiplavleniem
AT antonûksl svoistvasoedineniivysokopročnogotitanovogosplavat110vypolnennyhsvarkoiplavleniem
AT petričenkoik svoistvasoedineniivysokopročnogotitanovogosplavat110vypolnennyhsvarkoiplavleniem
AT selinrv svoistvasoedineniivysokopročnogotitanovogosplavat110vypolnennyhsvarkoiplavleniem
AT ahoninsv propertiesofhighstrengthtitaniumalloyt110jointsmadebyfusionwelding
AT belousvû propertiesofhighstrengthtitaniumalloyt110jointsmadebyfusionwelding
AT antonûksl propertiesofhighstrengthtitaniumalloyt110jointsmadebyfusionwelding
AT petričenkoik propertiesofhighstrengthtitaniumalloyt110jointsmadebyfusionwelding
AT selinrv propertiesofhighstrengthtitaniumalloyt110jointsmadebyfusionwelding