Сварка никеля и его сплавов

Раздел ГРНТИ: Сварка
Багрянский К.В., Кузьмин Г.С.
Машгиз, 1963 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

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.