ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ МОЛИБДЕНА И ЕГО СПЛАВОВ

Главная / Техника сварки

Назад

Время на чтение: 2 мин

0

435

сварка

Когда заходит речь о сварочных работах, в основном упоминаются названия сталей, чугуна или цветных металлов. Но развитие новых отраслей техники требует от производства внедрения тугоплавких металлов, каковыми являются молибден и тантал.

Они выделяются среди материалов повышенной температурой плавления, превышающей 2 500° C. Однако их использование так же оправдывается стойкостью к коррозии, устойчивостью агрессивным средам.

Однако детали и конструкции, сделанные из таких жаропрочных материалов, иногда выходят из строя, что требует их соединения свариванием.

  • Молибден
  • Сварка
  • Тантал
  • Сварка

Молибден: общая информация

Молибден — тугоплавкий металл серебристого цвета. Температура плавления — 2623 градуса по Цельсию. Молибден абсолютно не подвержен коррозии и разрушению. Изделия из молибдена могут использоваться как самостоятельно (например, молибденовая проволока), так и в качестве легирующего элемента. При добавлении молибдена в состав сталей металл приобретает особые прочностные характеристики. Также сталь, легированная молибденом, не подвержена коррозии. Для работы с молибденом требуется тщательная очистка поверхности металла.

Сварка молибдена

Для сварки молибдена необходимо использовать профессиональный сварочный аппарат с гибкой регулировкой силы тока. Поскольку от правильной настройки тока во многом зависит конечный результат. Если вы совершите ошибку и выставите неправильную силу тока, это приведет к последующему разрушению сварных швов. Вообще тема настройки тока при сварке молибдена вызывает много споров. Дело в том, что не существует единых рекомендаций по поводу настроек тока. Каждый раз необходимо экспериментировать, чтобы подобрать оптимальные настройки.

А вот что известно точно, так это технологии, с помощью которых возможна сварка молибдена. Наиболее часто применяется дуговая сварка в среде защитного газа (аргона или гелия), а также контактная сварка. При дуговой сварке необходимо использовать вольфрамовые электроды. При пайке молибдена допускается использование припоя. Припой может быть из меди или серебра. Флюс не используется. Такими же методами производится сварка хромомолибденовых сталей. Рекомендуем установить постоянный ток и прямую полярность.

При работе часто образуется окисная пленка, которая затрудняет сварку. Чтобы избавиться от нее можно использовать кислоту, выполнив электролиз. Но при этом есть вероятность, что поверхность металла потеряет эстетическую привлекательность. Блеск будет неравномерным, а окисная пленка не будет удалена полностью.

Сварка молибденом

Лучшие результаты при сварке достигаются при режиме р = 9,8 МПа, Т = 1973 K, t = 5 мин. При использовании этих параметров, изменений структуры материалов в зоне стыков не наблюдается. Улучшить свариваемость, можно используя металлические прокладки с мелкозернистой структурой.
Молибден сваривается методом контактной и дуговой сварки с использованием защитной атмосферы гелия, аргона. С задействованием твёрдого и мягкого припоя на основе серебра и меди. Рекристаллизация напрямую зависит от чистоты и степени деформации. При пересечении определённого порога поверхность становится хрупкой. По сравнению с другими металлами температурный коэффициент линейного расширения невелик α = 5,6. Из-за этого показателя сварку осуществляют в вакууме или аргоновой среде. А перед процедурой поверхность очищают от оксидной плёнки с помощью расплава.

Для сварки пригодно большинство припоев, которые используют при пайке вольфрама. Золото и никель помогут получить надёжное соединение и крепкий шов. Но такой припой не получил широкого распространения из-за дефицитных материалов.

Тантал: общая информация

Тантал — такой же тугоплавкий металл, как и молибден. Но температура плавления гораздо выше — 3017 градусов. В чистом виде тантал встречается очень редко. Но его можно обнаружить в составе многих природных минералов. Сам тантал очень прочный, но при этом пластичный. По пластичности схож с золотом.

тантал

Изначально тантал использовался только при производстве проволоки, применяемой в лампах накаливания. Но на сегодняшний день сфера его применения куда шире. Его так же, как и молибден, добавляют в состав других металлов, чтобы улучшить прочностные и антикоррозийные свойства.

Сварка тантала

Сварка молибдена и тантала — во многом схожие технологические процессы. А все из-за высокой температуры плавления. Так что рекомендации касаемо сварки молибдена можно использовать и при сварке тантала. Или при сварке металлов, в составе которых есть тантал.

Для сварки тантала необходимо использовать те же технологии, что и при работе с молибденом. А именно, дуговую сварку вольфрамовым электродом в среде защитного газа или контактную сварку. Иногда вместо вольфрамовых используют угольные электроды. При контактной сварке время нагрева должно быть минимальным. Здесь так же рекомендуется установить постоянный ток и прямую полярность. Оптимальная сила тока — 20-40А.

Здесь, как и при сварке молибдена, важно правильно зачистить поверхность перед сваркой. Также обращайте внимание на сварочную зону. Она должна быть хорошо защищена от кислорода. Охлаждайте готовый шов быстро. Для очистки тантала от окисной пленки можно использовать то же травление в кислоте.

Молибден и медь

Молибден и медь не растворяются друг в друге. Распространённые данные по молибденовой диффузионной сварке меди противоречивы. При использовании одинаковых параметров одни соединения обладают прочностью до 157 МПа, а другие хрупкие. Наибольшие показатели деформации меди достигались — р = 14,7 МПа, Т = 1223 K, t = 15–30 мин. При сохранении вакуумной плотности, такое соединение не обладает высокими показателями термической стойкости. Разница температурного расширения между медью и молибденом приводит к напряжению деталей при температурной обработке. Отсутствие диффузионной зоны в соединении не приводит к релаксационным процессам.

При связывании деталей из меди и молибдена с использованием сварки, нужно задействовать слой никеля, который растворим с обоими металлами. Гальваническим путём наносится слой толщиной 7–14 мкм. Лучший показатель при диффузионной сварке достигался с покрытием в один слой. Повторное нанесение или хромирование не увеличивает эффективность. Для достижения максимальной прочности сварки молибдена с медью через слой никеля, нужно использовать такие параметры — р = 14,7–15,7 МПа, Т = 1223–1323 K, t = 10–40 мин. При оптимальном режиме среднее электрическое сопротивление пластин 1,2 — 10 Ом.

TIG-сварка хромомолибденовых труб

В этой статье собраны ответы на 10 самых частых вопросов о TIG-сварке хромомолибденовой стали 4130. Обычно данная процедура применяется для сварки спортивной техники: аэробатических самолетов, рам и каркасов безопасности гоночных автомобилей, картов, рам велосипедов и мотоциклов. Перед началом работы убедитесь, что эти советы и рекомендации применимы для вашей конкретной задачи. В. Пригодна ли сталь 4130 для TIG-сварки?О. Да, в аэрокосмической уже на протяжении многих лет хромомолибденовая сталь 4130 сваривается методом аргонодуговой сварки TIG. Но, как и в случае любого другого процесса сварки, при этом нужно соблюдать определенные процедуры.

В. Нужно ли проводить предварительный подогрев?О. Для труб с тонкими стенками (< 0.120″ / 3 мм) предварительный подогрев обычно не требуется. Однако перед началом сварки трубы должны быть комнатной температуры (не менее 21ºC).

В. Какие использовать сварочные материалы?О. Хотя для этого подходят несколько типов материалов, мы рекомендуем ER80S-D2. Такие материалы обеспечивают достаточно высокую ударную вязкость. В качестве альтернативы можно использовать ER70S-2 и ER70S-6, хотя ударная вязкость в этом случае будет немного ниже.

В. Если я выберу материал класса ER70S-2, то мне придется пожертвовать ударной вязкостью ради относительного удлинения? О. Да. Такие материалы при сплавлении с основным материалом обеспечивают более низкие механические характеристики. Но, если вы выберете подходщий тип соединения (например, кластер или фасонку), площадь поперечного сечения и длина сварного соединения компенсируют пониженную ударную вязкость наплавленного металла.

В: Почему для этого не рекомендуется буферный металл 4130? О: 4130 обычно используется в тех случаях, когда металл наплавления подвергается тепловой обработке. Из-за высокой твердости и низкого относительного удлинения этот материал не рекомендуется использовать в спортивной отрасли: для сварки аэробатических самолетов, рам и каркасов безопасности гоночных автомобилей и т. п.

В: Пригодны ли какие-нибудь другие присадочные материалы для свраки сплава 4130? О: Некоторые производители предпочитают использовать для труб 4130 материалы для сварки аустенитных нержавеющих сталей. Это приемлемо только при использовании материалов марок 310 или 312. При использовании других материалов может возникать растрескивание. Также учтите, что сварочные материалы для нержавеющих сталей имеют большую стоимость.

В: Нужно ли проводить тепловую обработку (снятие напряжения) после сварки сплава 4130? О: В случае тонкостенных труб снятие напряжения обычно не требуется. Оно рекомендуется для деталей толщиной более 3 мм (0.120″). Для труб рекомендуется температура 590ºC. Для этого можно использовать ацетилено-кислородную горелку с нейтральным пламенем. Во избежание перегрева рекомендуется делать волнообразные движения.

В. Нужно ли проводить предсварочную зачистку?О. Да, удалите с поверхности загрязнения и смазку с помощью мягких абразивов и ацетона. Затем протрите ее тряпкой. С помощью ручного шабера или резца удалите заусенцы. Для высококачественной сварки требуется чистая рабочая поверхность.

В. Требуется ли защита газом обратной стороны шва?О. Как правило, газовая защита обратной стороны шва не обязательна, хотя некоторые производители к ней всё же прибегают. В любом случае она не принесет вреда, и часто помогает улучшить качество корневого прохода.

В. Нужно ли закаливать металл после сварки? О. НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ! Быстрое закаливание металла приведет к растрескиванию и расслаиванию. Обязательно позвольте материалу постепенно остыть.

СВАРОЧНАЯ ПРОЦЕДУРА:

Авиастроение и авто-/мотоспорт

Общая информация:

Удалите с поверхности слой окисленного металла и заусенцы на расстоянии 7-8 см от зоны сварки.Удалите с поверхности остатки ацетона.Соберите соединение и проведите прихваточную TIG-сварку как минимум в четырех местах.Убедитесь, что трубы имеют комнатную температуру (минимум 21ºC)Проведите TIG-сварку с указанными параметрами. Например, для этого можно использовать сварочный аппарат Lincoln Electric Precision TIG®.

Пример процедуры сварки

МАТЕРИАЛ ОСНОВЫ:4130
СОСТОЯНИЕ МАТЕРИАЛА:Состояние N
ТОЛЩИНА МАТЕРИАЛА:0,9 мм (0.035″)
ПРИСАДОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ:ER80S-D2, диаметр 0,9 мм (0.035″)
ТИП СОЕДИНЕНИЯ:Труба к трубе, 90º
ПОДГОТОВКА СОЕДИНЕНИЯ:Зачистка абразивным материалом / протирание ацетоном
ШИРИНА ЗАЗОРА:0 – 0,25 мм
РОД ТОКА:Постоянный ток прямой полярности
СИЛА ТОКА:20 – 40А
НАПРЯЖЕНИЕ:9-12 Вольт
ТИП ГОРЕЛКИ:TIG-горелка PTA-9 или PTW-20 Magnum® Pro-Torch™
РАЗМЕР СОПЛА:Цанга с отверстием 11 мм (7/16″)
ТИП СОПЛА:Керамическое
ТИП ВОЛЬФРАМОВОГО ЭЛЕКТРОДА:2% торированный
ДИАМЕТР ВОЛЬФРАМОВОГО ЭЛЕКТРОДА:1,6 мм (1/16″)
ФОРМА ВОЛЬФРАМОВОГО ЭЛЕКТРОДА:Заостренная
ЗАЩИТНЫЙ ГАЗ ИЗ ГОРЕЛКИ:Аргон
РАСХОД ГАЗА:0,4 – 0,7 куб.м./ч
РЕЗЕРВНЫЙ ЗАЩИТНЫЙ ГАЗ:Аргон
РАСХОД ГАЗА:0,14 – 0,28 куб.м./ч
ПРИХВАТОЧНАЯ СВАРКА:В 4 местах (мин.)

Присадочный материал:

Вариант 1ER80S-D2
Вариант 2ER70S-2
Вариант 3ER70S-6

ПРИМЕЧАНИЕ

: конкретные характеристики сварки зависят от индивидуальных предпочтений сварщика. Скорость сварки, тип присадочного материала, производительность наплавки, сила сварочного тока, газовая защита и напряжение дуги (расстояние между вольфрамовым электродом и сварочной ванной) – все эти параметры влияют на тепловложение, ударную вязкость и относительное удлинение наплавленного металла.

Как соединить детали из молибдена сваркой?

Сварка молибдена является сложным процессом из-за его неустойчивости к образованию кристаллизационных сечений на поверхности свариваемых деталей в процессе силового воздействия. Однако сам молибден – это тугоплавкий металл, который обладает высокой прочностью и упругостью. Как происходит сваривание этого материала?

Характеристика материала

В момент деформации на поверхности молибдена возможно попадание атмосферного газа и частиц пыли. Данный материал не переносит загрязнения и кислород — эти вещества не позволяют провести соединительное действие.

Молибден относится к тугоплавким металлам и имеет высокую степень сопротивляемости. Используется он в виде тонких пластин, применяемых в камерах сгорания и турбокомпрессорах. Материал не подвергается коррозии и полиморфным разрушениям. Термовоздействие сварки образует защиту в виде проявления на поверхности крупнозернистых волокон на месте шва. Под давлением импульса тока металл уплотняется, на него наслаивается слой примесей молибдена. Учитывая данный фактор, при совмещении очистки сварной поверхности нужно иметь чистый материал, взятый за основу.

Подготовительный этап

Подготовка тугоплавких металлов к спайке требует особой внимательности:

  1. Участки стыков и зона вокруг свариваемого места должна подвергаться тщательной зачистке и обезжириванию химическими реагентами. Действие необходимо проделать несколько раз для полноценного разрушения оксидной пленки и жировых элементов.
  2. Кромочные части необходимо затереть до блеска наждаком.
  3. По завершению подготовительных работ должны быть получены минимальные сколы и кромочное смещение.
  4. Для каждого взятого металла должна быть выставлена на инверторе своя температура плавления.

Соединение молибдена и его сплавов сваркой

Перед тем как подвергнуть молибден спайке, края и участок вокруг обрабатывают раствором кислоты: это может быть либо фосфорная, или же серная кислота в соотношении 1:1. Кислоту необходимо разбавлять водой. Сплав молибдена не должны превышать кислород в массе 0,001%.

Под действием теплового режима технический молибден выделяет крупные кристаллы, которые распадаются на атомы. Склонность к распаду молибденовых сплавов на мелкие зерна при умеренном температурном режиме может снизиться методом легирования определенными элементами при объеме, необходимом для образования твердого раствора в условиях высокой температуры и выделения обратной мелкозернистой структуры в ходе процесса кристаллизации. В таких случаях для соединения деталей используют только легированный сплав низкой модификации с примесями окисляющихся металлов, таких как:

  • углерод;
  • цирконий;
  • титан;
  • ванадий;
  • ниобий.

Увеличить прочные качества стыка можно при легировании присадочного действия. Эластичность поверхности, подвергаемой сварке из сплава молибдена при низких температурах, невозможна. Угол сгиба стыковой зоны из молибденового сплава — не больше 60С. По мере увеличения температуры качество металла повышается. Трудоемким процессом является получение пластичности материала. В ходе сварочного действия методом плавления сплава из молибдена под действием максимальной температуры место соединения деталей переходит в состояние, близкое по первоначальным качествам.

Как происходит сварочный процесс?

Сваривание молибдена производится на инверторах, оснащенных регулировочной панелью, так как несоответствующая подача силы тока вызовет разрушение на соединительных участках. Мощность задается методом экспериментации. Электроды для спайки должны быть тефлоновые с острой заточкой. Технологические особенности сварочного действия определяются по свойству материала.

Имеется склонность к появлению на сварной зоне нитриловой пленки, препятствующей расплавке материала. Чтобы сварить детали из данного металла, можно применить один из двух способов: это соединение электродугой или вакуумная сварка. Максимальная температурная нагрузка на молибден и его сплавы равна 1400С. Чтобы иметь прочное скрепление данного материала, потребуется провести процесс в атмосфере инертного газа. Также хорошее качество спайки молибденовых изделий можно достичь заклепочным соединением. Применение молибденового сплава, взятого за основу присадки в виде проволоки или фольгированной вставки при сварке из сплавов молибдена, дает возможность максимально увеличить качественный показатель равномерности сварного шва.

Похожие статьи

goodsvarka.ru

Вольфрам с молибденом

После завершения работы образцы в обязательном порядке испытывают на изгибы. Если соединения не получились прочными, то для повышения этого показателя ставится промежуточная танталовая прокладка (фольга из этого материала, имеющая толщину 50 мкм).

При исследовании результатов сварочных работ можно увидеть полоску из фольги и волнистую границу с вольфрамом. Чтобы сварка тантала получилась качественной, поначалу в камере для сварки увеличивается степень разряжения. В рамках испытаний время выдержки было увеличено до часа, но микростуктура в итоге не изменилась. Но если использовалась молибденовая фольга толщиной 50 мкм, непровар полностью устранялся.

Сварочные соединения, основание которых составляет вольфрам, отличаются значительной хрупкостью после вакуумных отжигов, но уже примерно через 60 минут показатели существенно уменьшаются.

Молибден часто используют в промышленных отраслях из-за уникальных технических характеристик, но процесс его сварки немного отличается от сваривания обычных металлов. Специальная проволока помогает существенно упростить работу с этим материалом.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: