Присадочные проволоки

Формовочные материалы — это совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей. В качестве исходных материалов используют формовочные кварцевые пески и литейные формовочные глины. Глины обладают связующей способностью и термохимической устойчивостью, что позволяет получать отливки без пригара. Если глина не обеспечивает необходимых свойств смесей, применяют различные связующие материалы. Кроме того, используют противопригарные добавки (каменноугольную пыль, графит), защитные присадочные материалы (борную кислоту, серный цвет) и другие добавки,

Порошки с размерами частиц 50 мкм и больше разделяют по группам просеиванием на ситах, а более мелкие порошки — воздушной сепарацией. В металлические порошки вводят технологические присадочные материалы различного назначения: пластификаторы (парафин, стеарин, одеиновую кислоту и др.), облегчающие процесс прессования и получения заготовок высокого качества; легкоплавкие материалы, улучшающие процесс спекания; различные летучие вещества для получения деталей с заданной пористостью. Подготовленные порошки смешивают в шаровых, барабанных мельницах и других смешивающих устройствах.

Главными трудностями являются охрупч'ивание металла при сварке и холодные трещины. Поэтому технология сварки чугуна строится, исходя из этих факторов. Для борьбы с охрупчиванием и холодными трещинами применяют подогрев металла, используют присадочные материалы, обеспечивающие структуру серого чугуна за счет легирования графитизаторами, а также используют специальные электроды с медью и никелем.

- присадочные материалы должны иметь высокое содержание легирующего элемента;

Второе издание (первое издание на русском языке — в 1980 г.) значительно, переработано и дополнено. Приведена информация о применении различных методов сварки, пайки, склеивания и резки металлов, а также сварки и склеивания пластмасс. Рассмотрены основные параметры процессов, конструктивное исполнение соединений, оптимальные режимы их обработки, рекомендуемые сварочные и присадочные материалы. Описано оборудование, используемое для указанных процессов.

В области низкотемпературной прочности и хрупкости материалов целесообразно разрабатывать следующее: расчетные методы прогнозирования поведения машин и сварных конструкций с понижением температуры; новые конструкционные материалы для массового машиностроения и производства металлоконструкций; технологические решения, обеспечивающие наиболее полное использование лучших свойств и качеств основных конструкционных материалов в готовом изделии; новые присадочные материалы, обеспечивающие высокую производительность работ и надежность сварных конструкций при эксплуатации.

оплавления околошовной зоны. Поэтому во избежание кристаллизационных трещин при сварке никеля и большинства его сплавов применяют присадочные материалы, спектрально чистые по РЬ и В и с ограниченным содержанием S, Р и ряда др. примесей. Для предупреждения полигонизацион-ных горячих трещин при сварке однофазных сплавов металл шва легируют тугоплавкими элементами (Mo,W и Та), к-рые при концентрациях более 10—15% препятствуют полигонизации благодаря резкому повышению энергии активации диффузии в твердом растворе. Одновременно с этим ограничивают содержание А1 (до 2—'3%), Ti (до 3—5%) и Si (до 0,3—0,4%), к-рые, наоборот, способствуют процессу полигонизации литого металла. При этом стремятся выдерживать такое соотношение между Al, Ti и Mo, W и Та в металле шва, чтобы полигонизация не имела места не только в процессе охлаждения при сварке, но и при последующем старении вплоть до выделения фаз дисперсионного твердения.

средней и большой толщины. При наличии В даже дополнительное легирование сплавов Мо и W (ЭИ617, ЭИ598, ЭП220, ЭП199, ЭИ867, ЭИ827) не позволяет предупредить образование горячих трещин. Использование электродных проволок из сплавов того же состава без В (ЭИ437) или с весьма малым содержанием А1 и Ti (ЭИ435) также часто не устраняет горячих трещин не только в околошовной зоне, но и в металле шва. Кроме того, они не обеспечивают равной прочности сварных соединений с основным металлом. Поэтому для сварки применяют присадочные материалы, дополнительно легирующие металл шва: l)Mo,W и Та для подавления полигонизации и упрочнения твердого раствора; электроды ИМЕТ-10 со стержнем из сплава Ш с 20% Мо и покрытием, легирующим шов (Сг); электроды ИМЕТ-4М и ИМЕТ-7М со стержнями из ЭИ435 и ЭИ437 и покрытием, легирующим шов (18—20% Мо); электроды ИМЕТ-4П со стержнем из ЭИ435 и покрытием, дающим еще больше Мо в металле шва; электроды ИМЕТ-5 со стержнем из сплава ЭИ868, содержащего 15%W; электроды НИАТ-7 — то же, но с покрытием, дополнительно легирующим шов (10—15% Мо); проволока из сплава ЭП220, содержащего Мо и W, но без В; 2) Nb и С в соотношении 10 : 1 для образования при кристаллизации первичных карбидов или их никелевой эвтектики, модифицирующих металл шва и препятствующих образованию столбчатой структуры и ее полигонизации: электродные проволоки ЭП216 типа ЭИ437 с 0,15—0,22% С и 1,5—2,2% Nb; ЭП217 типа ЭИ435 с 0,25-0,32% С и 2,5—3,2% Nb: ЭП240 типа ЭИ435 с 1,9—2,5% Nb (применяется при условии дополнит, легирования шва 0,19— 0,25% С через покрытие). 3) Комбинацией этих элементов: электроды ИМЕТ-9 со стержнем из ЭИ868 и покрытием, легирующим шов (0,25—0,3%С и 2,5—3%Nb).

Припоями называются присадочные материалы, используемые при соединении (пайке) деталей, находящихся в твердом состоянии путем их расплавления. Припои бывают легкоплавкие (мягкие), если они расплавляются при ^<400°С, и тугоплавкие (твердые), если они расплавляются при ?>500°С.

Присадочные материалы

Для газовой сварки трубопроводов I—III категорий применяются присадочные материалы по ГОСТ 2246-54, указанные ниже, в табл. 6, а для электросварки — электроды высокого качества по ГОСТ 2523-51 (табл. 7).

При разработке рекомендаций по конструктивно-технологическому проектированию сварных соединений оболочковых конструкций необходимо иметь в виду следующие моменты Во-первых, специфика на-груженности оболочковых конструкций такова, что материал оболочки и их соединения работают в условиях двухосного нагружения. При этом соотношение напряжений в стенке оболочки п = <3% I <3\ определяется типом и геометрической формой оболочковой конструкции и ее нагруже-нисм в процессе эксплуатации (см. рис. 2.1). С другой стороны, особенности технологического процесса сварки рассматриваемых конструкций из различных материалов (высокопрочных сталей и сплавов, термоупрочненных и нагартованных сталей и сплавов, теплоустойчивых сталей и т.п.) способствуют появлению механической неоднородности в их сварных соединениях. Так, например, при сварке конструкций из высокопрочных сталей и сплавов для обеспечения технологической прочности сварных швов, как правило, используются более пластичные, но менее прочные чем основной металл присадочные проволоки /125/. При этом менее прочный сварной шов, который выступает в данном случае в качестве мягкой прослойки, является наиболее слабым звеном оболочковых конструкций и лимитирует их Hec>m\K> способность в целом. При сварке оболочковых конструкций из нагартованных или термоупроч-нснных материалов в качестве мягкой прослойки выступают разупроч-ненные участки в зоне термического влияния, геометрическая форма которых (наклонная шевронная или прямая) определяется типом разделки кромок под сварку. Сварные стыки оболочковых конструкций, выполненных из термоупрочненных сталей, как правило, изготовляют с применением облицовки одной либо обеих свариваемых кромок. Металл облицовочного слоя содержит необходимые карбидообразующие элементы, связывающие углерод и уменьшающие, тем самым, вероятность образования в околошовной зоне малопластичных структур. В общем случае соотношение прочностных характеристик основного металла, металла шва и облицовочного слоя может быть самым различ-

Специфика сварки конструкций из данных сплавов типа ПТ-ЗВ состоит в том, что для выполнения стыковых соединений используются присадочные проволоки с более низкими механическими характеристиками (от, Ов), что обуславливает неоднородность их соединений (шов — мягкая прослойка). В результате оболочковые конструкции из сплава ПТ-ЗВ ослаблены мягкими прослойками — прямолинейными по первому варианту изготовления и наклонными по второму варианту. На практике предпочтение отдавалось первому варианту изготовления — сварке в разделку, параллельную нормали к корпусу оболочки. Это было вызвано тем, что испытания образцов, вырезанных поперек сварного соединения из конструкций, выполненных по обеим вариантам, показали значительное снижение прочности соединений, имеющих наклонный сварной шов. Последнее вполне отвечает закономерностям зависимости прочности соединений, ослабленных наклонными мягкими прослойками, от угла наклона последних, рассмотренным в разделе 3.6 настоящей работы, и отвечает "мягкой" схеме нагружения данных соединений. В конструкциях, имеющих существенную кольцевую жесткость (к ним, в частности, относится рассматриваемая сферическая обо-

Как отмечалось выше, для обеспечения технологической прочности сварных соединений конструкций из высокопрочных материалов в настоящее время широко используются менее прочные, чем основной металл, но более пластичные присадочные проволоки. При этом, как было показано в данном разделе, требование по равнопрочное™ основному металлу для получаемых в результате такой технологии сварки соединений могут быть удовлетворены путем рационального выбора относительных размеров мягких швов (т.е. разделки под сварку). Однако данная ситуация может быть реализована лишь в том случае, если запаса пластичности металла мягкого шва достаточно для пластического деформирования (без разрушения) в условиях высокой жесткости напряженного состояния, которое наблюдается в наиболее нагруженных зонах сварных соединений при относительно небольших размерах мягких швов. Так, например, в соединениях с симметричными или кососиммет-ричными геометрическими формами мягких прослоек (шевронные, X-образные, прямолинейные и нактонные) наибольшая жесткость напряженного состояния достигается в их центральной части. Для соединений с несимметричными прослойками (К-образными) — в области линии разветвления пластического течения мягкого металла. Исходя из этого, выбор присадочных материалов при сварке конструкций из высокопрочных сталей и сплавов следует осуществлять на основе закономерности контактного упрочнения мягких швов и с учетом запаса пластичности наплавленного металла.

Как отмечалось в разделе 3.10 настоящей работы, основным моментом на стадии конструктивно-технологического проектирования сварных соединений оболочковых конструкций, требующим тщательной инженерной проработки, является рациональный выбор разделки под сварку и присадочного материала. Эти вопросы приобретают особую актуальность, когда технология изготовления оболочковых конструкций предопределяет использование в качестве присадочных материалов менее прочные, чем основной металл, но более пластичные присадочные проволоки.

Не останавливаясь подробно на вопросах, связанных с рациональным выбором присадочных проволок (эти моменты достаточно отражены в разделе 3.10 на примере конструктивно-технологического проектирования тонкостенных оболочек давления) отметим, что для толстостенных оболочковых конструкций основное отличие в подходе выбора присадочных гфоволок связано с другой расчетной основой для оценки показателя жесткости напряженного состояния П,-тад. в наиболее нагруженной зоне соединений. Для нахождения необходимых значений П/тях в рассматриваемых точках (зонах) можно воспользоваться основными соотношениями по оценке напряженного состояния мягких прослоек, приведенными в разделах 4.3 — 4.5. Например, показатель жесткости напряженного состояния П//иш. в толстостенных оболочковых конструкциях, ослабленных мягкими прослойками, может быть подсчитан по формулам (3.102) с учетом того, что для рассматриваемого случая а0 = (Оу + <5Х) 12 и TJ = kM. При этом Оу и CTf определяются соотношениями (4.16) — (4.19) при значениях текущей координаты х = KJ. Последняя определяет границы области в которой av < Лмс (см. рис 3 59). Наиболее оптимальными, в соответствии с данными рассуждениями, являются присадочные проволоки, деформационная способность которых (запас пластичности Лр) обеспечивает нагружение конструкций без разрушения при относительных размерах мягких прослоек, отвечающих диапазону их равнопрочное™ (0, к„) (т.е. о"'ОЛ < Лмс).

При разработке рекомендаций по конструктивно-технологическому проектированию сварных соединений оболочковых конструкций необходимо иметь в виду следующие моменты. Во-первых, специфика на-груженности оболочковых конструкций такова, что материал оболочки и их соединения работают в условиях двухосного нагр>?кения. При этом соотношение напряжений в стенке оболочки п = с?2 / dj определяется типом и геометрической формой оболочковой конструкции и ее нагруже-нием в процессе эксплуатации (см. рис. 2.1). С другой стороны, особенности технологического процесса сварки рассматриваемых конструкций из различных материалов (высокопрочных сталей и сплавов, термоуп-рочненных и нагартованных сталей и сплавов, теплоустойчивых сталей и т.п.) способствуют появлению механической неоднородности в их сварных соединениях. Так, например, при сварке конструкций из высокопрочных сталей и сплавов для обеспечения технологической прочности сварных швов, как правило, используются более пластичные, но менее прочные чем основной металл присадочные проволоки /125/. При этом менее прочный сварной шов, который выступает в данном случае в качестве мягкой прослойки, является наиболее слабым звеном оболочковых конструкций и лимитирует их неслтцую способность в целом. При сварке оболочковых конструкций из нагартованных или термоупроч-ненных материалов в качестве мягкой прослойки выступают разупроч-ненные участки в зоне термического влияния, геометрическая форма которых (наклонная шевронная или прямая) определяется типом разделки кромок под сварку. Сварные стыки оболочковых конструкций, выполненных из термоупрочненных сталей, как правило, изготовляют с применением облицовки одной либо обеих свариваемых кромок. Металл облицовочного слоя содержит необходимые карбидообразующие элементы, связывающие углерод и уменьшающие, тем самым, вероятность образования в околошовной зоне малопластичных структур. В общем случае соотношение прочностных характеристик основного металла, металла шва и облицовочного слоя может быть самым различ-

Специфика сварки конструкций из данных сплавов типа ПТ-ЗВ состоит в том, что для выполнения стыковых соединений используются присадочные проволоки с более низкими механическими характеристиками (<зт, CFB), что обуславливает неоднородность их соединений (шов — мягкая прослойка). В результате оболочковые конструкции из сплава ПТ-ЗВ ослаблены мягкими прослойками — прямолинейными по первому варианту изготовления и наклонными по второму варианту. На практике предпочтение отдавалось первому варианту изготовления — сварке в разделку, параллельную нормали к корпусу оболочки. Это было вызвано тем, что испытания образцов, вырезанных поперек сварного соединения из конструкций, выполненных по обеим вариантам, показали значительное снижение прочности соединений, имеющих наклонный сварной шов. Последнее вполне отвечает закономерностям зависимости прочности соединений, ослабленных наклонными мягкими прослойками, от угла наклона последних, рассмотренным в разделе 3.6 настоящей работы, и отвечает "мягкой" схеме нагружения данных соединений. В конструкциях, имеющих существенную кольцевую жесткость (к ним, в частности, относится рассматриваемая сферическая обо-

Как отмечалось выше, для обеспечения технологической прочности сварных соединений конструкций из высокопрочных материалов в настоящее время широко используются менее прочные, чем основной металл, но более пластичные присадочные проволоки. При этом, как было показано в данном разделе, требование по равнопрочное™ основному металлу для получаемых в результате такой технологии сварки соединений могут быть удовлетворены путем рационального выбора относительных размеров мягких швов (т.е. разделки под сварку). Однако данная ситуация может быть реализована лишь в том случае, если запаса пластичности металла мягкого шва достаточно для пластического деформирования (без разрушения) в условиях высокой жесткости напряженного состояния, которое наблюдается в наиболее нагруженных зонах сварных соединений при относительно небольших размерах мягких швов. Так, например, в соединениях с симметричными или кососиммет-ричными геометрическими формами мягких прослоек (шевронные, X-образные, прямолинейные и наклонные) наибольшая жесткость напряженного состояния достигается в их центральной части. Для соединений с несимметричными прослойками (F-образными) — в области линии разветвления пластического течения мягкого металла. Исходя из этого, выбор присадочных материалов при сварке конструкций из высокопрочных сталей и сплавов следует осуществлять на основе закономерности контактного упрочнения мягких швов и с учетом запаса пластичности наплавленного металла.

Как отмечалось в разделе 3.10 настоящей работы, основным моментом на стадии конструктивно-технологического проектирования сварных соединений оболочковых конструкций, требующим тщательной инженерной проработки, является рациональный выбор разделки под сварку и присадочного материала. Эти вопросы приобретают особую актуальность, когда технология изготовления оболочковых конструкций предопределяет использование в качестве присадочных материалов менее прочные, чем основной металл, но более пластичные присадочные проволоки.

Не останавливаясь подробно на вопросах, связанных с рациональным выбором присадочных проволок (эти моменты достаточно отражены в разделе 3.10 на примере конструктивно-технологического проектирования тонкостенных оболочек давления) отметим, что для толстостенных оболочковых конструкций основное отличие в подходе выбора присадочных проволок связано с другой расчетной основой для оценки показателя жесткости напряженного состояния П1тах в наиболее нагруженной зоне соединений. Для нахождения необходимых значений T\imax в рассматриваемых точках (зонах) можно воспользоваться основными соотношениями по оценке напряженного состояния мягких прослоек, приведенными в разделах 4.3 — 4.5. Например, показатель жесткости напряженного состояния Tlimax в толстостенных оболочковых конструкциях, ослабленных мягкими прослойками, может быть подсчитан по формулам (3.102) с учетом того, что для рассматриваемого случая а0 = (Оу + Ох) /2nTj = kM. При этом <зу и Од. определяются соотношениями (4.16) — (4.19) при значениях текущей координаты х = xt. Последняя определяет границы области в которой <зу < Лмс (см. рис 3.59). Наиболее оптимальными, в соответствии с данными рассуждениями, являются присадочные проволоки, деформационная способность которых (запас пластичности Лр) обеспечивает нагружение конструкций без разрушения при относительных размерах мягких прослоек, отвечающих диапазону их равнопрочности (0, к_) (т.е. а'"ОЛ < Лмс).

Для сварки алюминия, меди и латуни применяют проволоки или нарубленные из листа полоски, соответствующие по составу свариваемому материалу. При сварке латуни лучше применять специальные присадочные проволоки с добавками кремния и олова, которые препятствуют испарению цинка и увеличивают проплавляющую способность газового пламени, разжижая сварочную ванну. При сварке медных сплавов введение в сварочную проволоку бора делает ее самофлюсующейся. Образующийся борный ангидрид В203 связывает окислы меди и цинка СиО и ZnO в борно-кислые соли, переходящие в шлак. Можно сваривать без флюсов.

Использовать присадочные проволоки гипов ЛК и ЛКБО (см. табл. 5.19), содержащие добавки кремния и бара