Глава 5 ТИТАН И ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ.
Назад:
5.1 Производство и свойства титана и его сплавов.
5.2 Основные проблемы свариваемости
Из
титановых сплавов для сварных конструкций применяются только те, фазовый состав
и физико-механические свойства которых в результате воздействия термодеформационного
цикла сварки изменяются незначительно, что гарантирует требуемую
работоспособность соединения сразу после сварки, либо за счет послесварочной
термообработки. В то же время большая склонность титановых сплавов к росту
зерна при нагреве выше 880 0С (область 
-фазы), низкая теплопроводность, способствующая увеличению
времени пребывания шва и околошовной зоны при температурах выше полиморфного
превращения (в 2,5-3 раза больше, чем у стали), изменение температуры полиморфных
превращений из-за наличия легирующих, образование хрупких вторичных фаз при
охлаждении и старении приводит к появлению химической и структурной
неоднородностей как в шве, так и особенно в околошовной зоне, что наиболее
часто выражается в появлении холодных трещин и пор. Таким образом, основными
проблемами свариваемости титановых сплавов являются:
1)
гарантированное получение минимально допустимого уровня механических свойств
наиболее слабого участка(как правило, околошовной зоны) соединения;
2)
обеспечение достаточной сопротивляемости сварного соединения образованию
холодных трещин;
3)
обеспечение отсутствия пористости швов. [8,7,5]
Основным
требованием, обеспечивающим технологическую свариваемость титановых сплавов,
является назначение таких тепловых режимов сварки, при которых время пребывания
металла околошовной зоны выше температур полиморфного превращения не приводит к
образованию холодных трещин, а время (скорость) охлаждения околошовной зоны –
обеспечивает получение благоприятных структур, гарантирующих необходимые ее
свойства.
На
рис. 5.2 представлены типовые зависимости, позволяющие ориентировочно оценивать
и выбирать тепловые режимы для сварки титановых сплавов различных структур по
значениям оптимального интервала скорости охлаждения 
Wоп (или времени охлаждения t) с целью получения требуемых свойств. [8,5]
Рис. 5.2 –
Влияние скорости охлаждения околошовной зоны на уровень
механических
свойств: а – сплавы с 
-, 
-, +-структурой (малое количество
-фазы); б – сплавы с +
+-структурой (среднее количество -фазы);
в – сплавы с +a¢+-структурой (повышенное количество -фазы)
Разновидностью
проблемы холодных трещин в титановых сплавах является склонность к замедленному
разрушению, причиной которого является наличие водорода в шве в виде хрупкого
гидрида титана TiH и достаточно высокий уровень растягивающих напряжений
первого рода (остаточных сварочных и от внешней нагрузки). Отрицательное
влияние водорода усиливается при увеличении содержания примесей и из-за
возрастания количества хрупких фаз в процессе охлаждения и старения. Наиболее
опасен водород для -сплавов, так как его растворимость в них весьма мала (<
0,001 %), менее опасен он при сварке +-сплавов.
Следующей
проблемой свариваемости является пористость швов. Поры в сварных швах и соединениях
образуются в основном из-за попадания водорода в металл вместе с
адсорбированной влагой на проволоке, во флюсе, свариваемых кромках или
вследствие нарушения газовой защиты ванны. В процессе сварки водород диффундирует
от зон максимальных температур (например, от ванны) в менее нагретые области (к
основному металлу), что вызывает образование пор по линии сплавления. Кроме
того поры могут образовываться из-за:
а)
захвата пузырьков инертного газа кристаллизующимся металлом ванны;
б)
«схлопывания» микрообъемов газовой фазы при совместном деформировании кромок в
процессе сварки;
Следует
также учитывать, что низкая вязкость титановых сплавов в расплавленном
состоянии и высокий коэффициент поверхностного натяжения обуславливает
опасность локальных прожогов, а это требует обеспечения минимальных зазоров при
сборке под сварку и точного соблюдения тепловых режимов сварки.