Всё для надежной сварки
Печатная версия материала с сайта svarkainfo.ru - портала о сварке. При использовании материалов с сайта, пожалуйста, всегда указывайте источник или гиперссылку.
показать меню

Главная / Библиотека / Наш блог (статьи) / март 2009

2011

ноябрь октябрь сентябрь август июль июнь май апрель март февраль январь
 

2010

декабрь ноябрь октябрь август июль июнь май апрель март январь
 

2009

декабрь ноябрь сентябрь август июль июнь май апрель

март

февраль январь
 

2008

декабрь ноябрь октябрь сентябрь август июль июнь май апрель март февраль январь
 

2007

ноябрь октябрь сентябрь август июль июнь май
 
RSS пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ
Главная / Библиотека / Наш блог (статьи) / март 2009

Наш блог (статьи)

Технология и оборудование для стыковой сварки сопротивлением спеченных штабиков молибдена

25 марта 2009

Матушкин А.В., аспирант
Близник М.Г., старший преподаватель
Обабков Н.В., проф., д-р.техн.наук

В современном металлургическом производстве молибден получают спеканием порошков или электроосаждением. Полученные спеканием штабики производят для электровакуумного переплава или для прокатки их на листы, профили и т.д. Для изготовления молибденовых электродов, переплавляемых в электровакуумных печах, штабики сваривают в штанги длиной 1,5 м и более. Для получения сварных соединений применяют: сварку в защитных газах неплавящимся электродом, электронно-лучевую сварку, диффузионную сварку и контактную стыковую сварку. Одним из наиболее перспективных и экономичных процессов является контактная стыковая сварка. В большинстве случаев при изготовлении электродов для дальнейшего переплава применяют стыковую сварку сопротивлением, а для заготовок под прокатку — стыковую сварку оплавлением.

Ограниченная свариваемость изделий из молибдена обусловлена его свойствами: высокой температурой плавления (Тп∼2600˚С) [1]; высокой тепло- и электропроводностью; склонностью к росту зерна при повышенных температурах, снижающих пластичность металла; насыщением газами при нагреве; активным взаимодействием молибдена с кислородом при высоких температурах. Спеченные штабики молибдена имеют высокую пористость и повышенную хрупкость (αн = 0,3¸0,7 кгм/см2) [2], обусловленные методом получения, что вызывает дополнительные трудности при сварке.

Для снижения сопротивления деформированию и увеличения степени сдвиговых пластических деформаций необходим нагрев заготовок до температур, близких к температуре плавления (0,75 – 0,8) Тпл [3]. Ширина зоны активных сдвиговых деформаций зависит от размера зерна. Штабики с мелким зерном деформируются в узкой зоне за счет межзеренного проскальзывания при дроблении и дефрагментации зерен. Это обуславливает необходимость учета исходной структуры при подборе параметров режима сварки.

Высокая температура плавления, тепло- и электропроводность, рост зерна при высоких температурах обуславливают применение источников питания с высокой удельной мощностью, обеспечивающих нагрев заготовок до пластического состояния в течение малого интервала времени. Так как нагрев заготовок до состояния высокотемпературной пластической деформации происходит в узкой зоне, скорость осадки uос должна быть достаточной для надежного протекания процесса образования сварного соединения и составляет, по некоторым литературным данным, 30—45 мм/с [4]. При скоростях осадки uос = 20 мм/с в стыке появляются окислы, а при uос выше 50 мм/с резко возрастает Рос. При больших значениях uос в околостыковой зоне спеченных штабиков возможны трещины. Длительность Δос.т (припуск на осадку под током) зависит от развития собирательной рекристаллизации и роста зерен в зонах критических степеней деформации. Размер вылета заготовок обусловлен необходимостью обеспечения оптимального тепловыделения при условии низкого удельного сопротивления молибдена, но не больше критических значений, после которых теряется устойчивость заготовок из-за расширения зоны нагрева.

Пластичность молибдена во многом зависит от степени легирования. Если количество примесей превышает их растворимость в твердом растворе, то они выпадают по границам зерен, снижая пластичность. В частности, наблюдается снижение пластичности при содержании 0,02% С.

Молибден интенсивно реагирует с кислородом при сравнительно низких температурах (300 – 700˚С), давая окислы с более низкой температурой плавления, чем исходный металл, что приводит к значительному снижению прочности. При содержании 0,0025% О2 окислы по границам зерен существенно понижают межкристаллитную связь и затрудняют осадку.

Для обеспечения надежной защиты зоны сварки от окисления и растворения атмосферных газов в металле шва сварку необходимо проводить в инертных газах (аргон), либо в восстановительной атмосфере (водород), которая более предпочтительна, или их смесях. При кратковременном нагреве сварку можно выполнять без дополнительной защиты.

Отработку технологии, корректировку параметров режима сварки молибденовых штабиков сечением 20х20 мм выполняли на машине стыковой сварки МСО-201.

Режим сварки подобрали по литературным данным и корректировали по результатам экспериментов. В результате проведенных экспериментов были получены несколько вариантов режима, из которых наиболее оптимальным, обеспечивающим получение бездефектных сварных швов, является: установочная длина (l1+l2) = 47 мм; припуск на осадку под током Δос.т= 2 - 2.5 мм; припуск на осадку без тока составил Δос.= 12 мм; усилие при нагреве Рн = 2250 - 4500 Н; время нагрева t около 10 с; усилие осадки Рос= 15000 Н; скорость осадки uос= 40 мм/с; в качестве защитного газа использовали аргон высокой степени очистки [5] c расходом Q = 15÷20 л/мин.

Защитный газ подавали через кольцевой душ непосредственно в зону сварки. Такая схема подвода защитного газа обеспечила надежную защиту зоны нагрева при сварке.

При изготовлении штабиков возникают напряжения и деформации, являющиеся причиной их искривления вдоль продольной оси. Появление изгиба приводит к разрушению штабиков в контактных губках при чрезмерных усилиях зажатия. Для обеспечения точного дозирования усилия зажатия штабиков на сварочной машине было выполнено разделение потоков воздуха на подачу в пневмопривод механизма осадки и пневмопривод механизма прижатия заготовок. В конструкцию зажимных губок были внесены изменения, обеспечивающие более равномерное распределение усилия по поверхности штабика, тем самым была снижена вероятность его разрушения.

Для определения качества сварного соединения проводили: испытания на изгиб; металлографический анализ сварного соединения; измерения электросопротивления сварного участка.

Испытания на изгиб проводили по трехточечной схеме нагружения со скоростью движения траверсы 0,5 мм/мин. Усилие нагружения регистрировали динамометром. Испытания показали, что разрушение происходит по основному металлу. Образцы разрушались при усилии Pнагр. = 20000 Н. Разрушений в шве и околошовной зоне не наблюдалось. Предел текучести образцов составил σт = 225 МПа.

Металлографические исследования проводили на микрошлифах, изготовленных из сварных образцов. Микрошлифы вырезали вдоль оси заготовок по средней линии. Микрошлифы для выявления структуры подвергали электролитическому травлению в растворе концентрированной соляной кислоты (HCl) в метиловом спирте в соотношении 1:2 на постоянном токе при напряжении 25 В [6]. Исследования показали наличие общей металлической решетки соединяемых деталей. В зависимости от степени пластических деформаций размер зерна варьируется от мелкого, в зоне наибольшего деформирования вблизи стыка и оси шва, до среднего на периферии околошовной зоны (рис. 1). В стыке зерна значительно дефрагментированы и вытянуты к периферии шва. Значительных включений окислов по границам зерен не зафиксировано. В околошовной зоне наблюдаются единичные включения нерекристаллизованных зерен основного металла, что не повлияло на качество полученных соединений. На некоторых образцах сварного шва наблюдается частичная линия раздела, незначительная по протяженности, что допустимо при стыковой сварке и в данном случае не является дефектом.

Рис. 1. – Микроструктура участков сварного шва:
а) линия сплавления; б) металл шва; в) металл околошовной зоны; г) основной металл

Косвенным качественным показателем отсутствия дефектов в сварном шве является его удельное электросопротивление, что в первом приближении может использоваться в качестве метода неразрушающего контроля. Измерения выполнялись микроомметром типа М246 на участках сварных швов, на сплошных участках штабиков и сравнивались с измерениями на дефектных участках, имеющих: несплавления, трещины, неметаллические включения и окисные пленки (рис. 2). Участки качественных сварных швов и участки основного металла имели практически одинаковое электросопротивление (5 – 6 мкОм) на длине 70 мм. На дефектных участках шва на той же длине электросопротивление превысило значения сопротивлений качественных участков в 2 – 4 раза. Это свидетельствует о возможности использования измерения электросопротивления в качестве метода неразрушающего контроля.

Рис. 2 – Схема измерения сопротивления

Разработанная технология и режим сварки обеспечивают получение качественных соединений с требуемым уровнем эксплуатационных свойств. Полученные результаты подтверждают возможность использования стыковой сварки сопротивлением как одного из простых и экономичных способов для изготовления штанг электродов для электровакуумного переплава молибдена.

Библиографический список:

  1. Савицкий Е. М. Металловедение сплавов тугоплавких и редких металлов/ Е. М. Савицкий, Г. С. Бурханов. 2 изд. М., 1971.
  2. Крупин А. В. Пластическая деформация тугоплавких металлов/ А. В. Крупин, В. Я. Соловьев. М ., 1971.
  3. Гуляев А.И. Технология и оборудование контактной сварки: учебник для машиностроительных техникумов / А.И. Гуляев. М.: Машиностроение, 1985. 254 с.
  4. Кабанов Н.С. Технология стыковой контактной сварки/ Н.С. Кабанов, Э.Ш. Слепак. М.: Машиностроение, 1970. 264 с.
  5. Справочник сварщика / под ред. В. В. Степанова. 4-е изд. исправл. и доп. М.: Машиностроение, 1983. 560 с.
  6. Лаборатория металлографии / под ред. Б. Г. Лившица. 2-е изд. исправл. и доп. М.: Металлургия, 1965. 439 с.