Сварка никеля и его сплавов

Багрянский К.В., Кузьмин Г.С.

Машгиз, 1963 г.

СПОСОБЫ СВАРКИ И ПАЙКИ НИКЕЛЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Для изготовления конструкций из никеля и высоко-никелевых сплавов в настоящее время применяются несколько способов сварки — аргонодуговая, газовая, ручная дуговая, полуавтоматическая, автоматическая и др. Качество и свойства сварных соединений, выполненных разными технологическими способами, естественно, получаются неодинаковыми.

Особенно важным с практической точки зрения является знание технологических особенностей отдельных методов и приемов сварки никеля и его сплавов.

АРГОНОДУГОВАЯ СВАРКА НИКЕЛЯ

Одним из способов сварки никеля, позволяющих получить удовлетворительное качество соединений, является аргонодуговая сварка. При аргонодуговой сварке расплавленный никель в дуге и сварочной ванне надежно предохраняется от окисления защитной струей аргона, в результате чего обеспечивается постоянное и высокое качество сварных соединений. Этот способ хорошо зарекомендовал себя при сварке никеля толщиной до 2 мм [29].

Однако на практике при изготовлении никелевых конструкций и аппаратуры, особенно из листов большой толщины, не всегда удается обеспечить достаточную защиту расплавленного металла от окружающего воздуха. Применение удлиненных наконечников горелок специальной формы, защита аргоном обратной стороны шва и другие мероприятия вызывают дополнительные конструктивные и технологические трудности, а главное не всегда обеспечивают получение положительных результатов.

В этом случае все-таки некоторое количество кислорода попадает в зону дуги, образует закись никеля, растворяющуюся в жидком металле. Взаимодействие закиси никеля о находящимся в никеле водородом служит причиной образования в объеме металла шва водяных паров и сильной пористости сварных швов.

Надежным средством предотвращения пористости при аргонодуговой -сварке никеля, как указывается в литературе [30, 31], является добавка к аргону до 20% водорода.

Известно, что никель растворяет большое количество водорода как в жидком, так и в твердом состоянии (см. фиг. 17). При кристаллизации никель может растворить водорода вдвое больше, чем аустенитная сталь, и в три раза больше, чем малоуглеродистая сталь.

Механизм положительного действия водорода в зоне дуги при аргонодуговой сварке никеля сводится к следующему. Кислород воздуха, находящийся в атмосфере дуги, будет в первую очередь окислять водород, поэтому возможность образования закиси никеля в расплавленном металле будет сведена к минимуму. Следовательно, в «момент кристаллизации сварочной ванны водород с закисью никеля не взаимодействует, а значит и причины образования пор устраняются.

Количество водорода в защитном газе должно строго контролироваться, так как при чрезмерной его концентрации (более 20%) поры могут появиться уже вследствие избытка водорода.

Перед аргонодуговой сваркой никеля и его сплавов кромки и прилегающие к ним участки металла на расстоянии 20—30 мм должны быть тщательно зачищены до металлического блеска и обезжирены уйат-спиритом, ацетоном или чистым бензином.

Аргонодуговая сварка может осуществляться неплавящимся вольфрамовым электродом с присадочным прутком или по отбортовке кромок, а также плавящейся никелевой проволокой. С целью повышения качества сварных соединений желательно применять при сварке никелевую проволоку легированную (до 3%) титаном.

Аргонодуговая сварка никеля и его сплавов производится на постоянном токе прямой полярности (минус на электроде). Питание сварочной дуги осуществляется от обычных серийных преобразователей (типа ПС-300) или сварочных выпрямителей. Однако, как показывает практика, лучшие результаты обеспечиваются при применении источников тока с жесткой внешней характеристикой.

Сварка никеля и его сплавов в среде аргона производится при напряжении на дуге 10—15 в. Величину сварочного тока выбирают из расчета 40—50 а на 1 мм толщины свариваемого металла [32].

Чистота аргона, применяемого при сварке, должна быть не ниже 99,8%.

ГАЗОВАЯ СВАРКА НИКЕЛЯ

Газовая сварка никеля и его сплавов дает удовлетворительные результаты. Чаще всего она осуществляется ацетилено-кислородным, реже пропан-бутановым пламенем.

Перед «сваркой кромки изделия должны быть тщательно очищены от пленки окислов и загрязнений до металлического блеска, а затем обезжирены.

При сварке металла толщиной до 0,5 мм производится соединение в замок. Сварку листов толщиной до 1,5 мм осуществляют без присадочного материала с отбортовкой кромок на высоту 1,5—2,5 мм. Листы толщиной до 4 мм свариваются в стык без скоса кромок.

При сварке никеля и его сплавов металл в сварочной ванне менее жидкотекуч, чем сталь, и проплавляется на меньшую глубину. Поэтому требуется более широкая разделка кромок и меньшее их притупление.

Листы перед сваркой скрепляются прихватками, расположенными на 100—200 мм друг от друга. Если кромки не прихватываются перед сваркой, то листы укладываются под углом друг к другу с расхождением кромок 15—20 мм на 1 м длины листа и с начальным зазором 3 мм [34].

Сварка ведется отдельными участками обратноступенчатым способом. Пламя должно быть нормальным, так как избыток кислорода вызывает окисление расплавленного металла, пористость и хрупкость. При сварке допускается применение пламени с небольшим избытком ацетилена. Однако значительный избыток ацетилена может явиться причиной появления пористости и хрупкости металла шва.

Причиной этого явления в данном случае является науглероживание сварочной ванны и насыщение ее водородом, закисью углерода и другими газами.

При сварке никеля мощность пламени соответствует удельному расходу ацетилена 140—200 л/час на 1 мм толщины, а при сварке монеля—100 л/час на 1 мм толщины свариваемого изделия [35].

Проволоку для сварки никеля рекомендуется применять такого же состава, что и основной металл. Хорошие результаты дает проволока, легированная марганцем, магнием, кремнием и титаном. Содержание указанных элементов в проволоке и наплавленном металле не должно быть слишком высоким, например Мn — до 2%,Si— до 0,8,%, Mg— до 0,06 % и Ti- до 0,1 %.

Проволока должна иметь чистую поверхность, без следов смазки, масла и грязи. Диаметр присадочной проволоки выбирают равным половине толщины свариваемого металла.

Сварка никеля и его сплавов может производиться со специальными флюсами или без них. Флюсы применяются главным образом для облегчения растворения окислов, защиты сварочной ванны от действия окружающего воздуха и улучшения жидкотекучести металла. Флюсы обычно приготавливаются в виде пасты и наносятся на присадочный пруток и свариваемый металл. При изготовлении пасты сухая смесь замешивается на воде или спирте.

Составы наиболее распространенных флюсов для сварки никеля приведены в табл. 21.

РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА НИКЕЛЯ

При сварке конструкций сложной конфигурации в труднодоступных местах и при исправлении дефектов ручная электродуговая сварка качественными электродами является очень полезным, а иногда просто незаменимым технологическим процессом.

В настоящее время известно несколько марок качественных электродов с покрытием основного типа для сварки никеля и его сплавов.