Сварка никеля (стр. 2 из 5)

Сварка нихрома (75-80% никель, 15-18% хрома, до 1,2-1,4% марганца), имеющего температуру плавления 1390°С и малую теплопроводность, затрудняется образованием тугоплавкой плёнки окиси хрома, которую удаляют механическим путём. Сварку следует вести с максимальной скоростью и без перерывов. Повторная и многослойная сварка вызывает трещины, рост зерна и межкристаллитную коррозию металла шва.

Пламя должно иметь некоторый избыток ацетилена. Мощность пламени 50-70 дм

/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Применяют флюс-пасту состава (%): буры 40; борной кислоты 50; хлористого натрия или фтористого калия 10; флюс разводят на воде. В качестве присадочного прутка применяют полоску из свариваемого металла шириной 3-4 мм или проволоку из нихрома ЭХН-80. После отжига сварное соединение имеет предел прочности 35-45 кгс/мм .

Никель относится к переходным d-металлам, расположен в восьмой группе периодической системы элементов Д.И. Менделеева и является одним из важных промышленных металлов. Чистый никель имеет высокую прочность и пластичность. Высокие пластические свойства никель сохраняет при низких температурах. При 20 К предел прочности никеля достигает 774 МПа, а относительное удлинение – 48%. Никель обладает высокой химической стойкостью. По сопротивляемости коррозии он превосходит медь и латунь, устойчив против коррозии в морской воде, в нейтральных и щелочных растворах солей, серной, азотной, соляной и угольной кислот. Достаточно стоек в разбавленных органических кислотах и исключительно стоек в щелочах любой концентрации. Температура плавления никеля 1 728 К, плотность 870 – 890 кг/м

, коэффициент линейного расширения 13,3 * 10 К .

Никель широко применяется в химической промышленности для изготовления аппаратуры, в электронной промышленности для изготовления деталей электровакуумных приборов и внутриламповой арматуры (анодов, сеток, кернов оксидных катодов), а так же в других отраслях промышленности. Сложнолегированные никелевые жаропрочные сплавы являются основным конструкционным материалом современных газовых турбин, реактивных и ракетных двигателей, летательных аппаратов (диски, лопатки, роторы и др.). В электрохимической промышленности применяются сплавы никеля с медью и железом типа монель и константан для изготовления катодов.

Особенности диффузионной сварки никеля и его сплавов определяются их свойствами и составом, в частности термодинамической прочностью окисной плёнки, сопротивлением ползучести и деформационной способностью металла. На чистом никеле при нагреве образуется только один окисел NIO, имеющий сравнительно высокую упругость диссоциации 1,3 * 10

- 1,3 * 10 Па при 1 273 – 1 373 К. Однако никель, как d–переходный металл, образует с кислородом устойчивый хемосорбированный комплекс. Удаление кислорода обусловлено его диффузией при сварке в глубь металла. Растворимость кислорода в никеле составляет 0,012% при 1 473 К и с понижением температуры увеличивается. Расчёты показывают, что длительность растворения окисной плёнки толщиной 0,005 мкм в никеле при температуре 1 173 – 1 473 К изменяется от нескольких секунд до десятых долей секунды. Поэтому окисная плёнка на никеле не вызывает особых затруднений пр сварке. Электротехнические никелевые сплавы типа монель и константан также образуют термодинамически непрочные окислы, близкие к никелю по другим свойствам, и их сварка существенно не отличается от сварки никеля. Жаропрочные никелевые сплавы являются сложнолегированными и имеют в своём составе хром, алюминий, титан, молибден, вольфрам, ниобий и другие элементы, обладающие большим сродством к кислороду и обеспечивающие высокую жаростойкость и жаропрочность. Именно эти свойства и затрудняют диффузионную сварку жаропрочных сплавов. Наличие весьма прочной и трудно удалимой окисной плёнки, богатый хромом, алюминием, титаном, препятствует диффузионной сварке. Удаление этих окислов из стыка связана с протеканием сложных окислительно-восстановительных процессов.

Повышение жаропрочности и сопротивления ползучести за счёт молибдена, вольфрама и других элементов, подавляющих диффузионную подвижность атомов. Этим обусловлена также более высокая, чем у обычных сталей, температура рекристаллизации жаропрочных сплавов. Естественно, что получение сварных соединений способом, сущность которого заключается в использовании процессов диффузии и рекристаллизации, затруднено. Термодеформационное воздействие при диффузионной сварке жаропрочных сплавов должно быть более сильным, чем при сварке углеродистых и низколегированных сталей. За нижний предел температуры сварки принимают температуру начала развития процентов рекристаллизации и диффузии. Для большинства жаропрочных сплавов эта температура близка к 1 323 – 1 373 К. За верхний предел температуры сварки принимают температуру разупрочнения сплавов. При этом следует учитывать также возможность резкого падения пластичности сплавов с повышением температуры.

Приведена диаграмма технологической пластичности двух никелевых сплавов. Из диаграммы следует, что при 1 473 К происходит резкое падение пластичности сплавов. Если при диффузионной сварке жаропрочных сплавов в результате пластической деформации сжатия произойдёт течение металла, то в зоне соединения образуются трещины. Такое состояние возможно, несмотря на малые величины деформации при диффузионной сварке, так как с повышением температуры пластичность металла близка к нулю. Таким образом, верхний предел температуры сварки большинства жаропрочных сплавов не превышает 1 473 – 1 523 К. Остальные параметры режимов диффузионной сварки жаропрочных сплавов определяют так же, как и для других металлов, исходя из условий ползучести и диффузии.

Диффузионную сварку в вакууме никеля и никеля с другими металлами можно выполнять в широком диапазоне параметров режима, однако в большинстве работ рекомендуется температура 1 273 К, давление сжатия 14,7 МПа, время сварки 10 минут при вакууме 1,3 * 10

Па. С экспериментальными данными согласуются расчётные [5], полученные из условия образования фактического контакта при установившейся ползучести по уравнению: t = A exp , где t – длительность сглаживания микро неровностей, с; А – коэффициент, зависящий от чистоты и класса обработки поверхности, равный 5 * 10 при обработке по Rа = 1,25 мкм; В – коэффициент, изменяющийся от 5 * 10 до 7 * 10 ; р – давление сжатия, МПа; m – коэффициент, изменяющийся обычно от 3 до 5; DН - энергия активации ползучести, кДж/моль; R – универсальная газовая постоянная; R = 8,315 кДж/моль; Т – температура сварки, К.

Закономерности диффузионных процессов в приконтактной зоне при сварке никеля изучены в работе [8]. Установлена неоднородность диффузионного потока в приконтактных слоях никеля, обусловленная рельефом соединяемых поверхностей и неоднородностью пластической деформации приповерхностных слоёв металла. В узкой приконтактной зоне наблюдается высокая скорость диффузии (коэффициент диффузии 10

- 10 см /с), что соответствует диффузионной подвижности вдоль границ зёрен с наиболее благоприятной для диффузии разориентировкой зёрен. Причём в случае предварительного электролитического полирования поверхностей, глубина этой зоны 10 мкм, а при механическом шлифовании эффект ускорения диффузии сохраняется на значительном расстоянии от поверхности. С повышением температуры и давления сжатия диффузионный поток становится более однородным по всей приконтактной зоне. Энергия активации равна, примерно, половине энергии активации самодиффузии никеля и изменяется в зоне сварки. Минимальное значение энергии активации близко к энергии активации зернограничной диффузии и увеличивается по мере удаления от поверхности контактирования. Выполненные в ряде работ исследования показали, что приведённый режим обеспечивает протекание всех процессов, необходимых для получения качественных соединений с пределом прочности до 539 МПа. Повышение температуры сварки до 1 373 К приводит к значительному росту зерна за счёт собирательной рекристаллизации. Увеличение времени сварки также приводит к некоторому разупрочнению металла в зоне соединения. Уменьшение времени сварки возможно при более тщательной подготовке соединяемых поверхностей. Сварку никеля можно выполнять не только в вакууме, но и в водороде. В некоторых работах использовали водород с точкой росы 233 К.