Weld formation at electron beam welding of heat-resisting alloy 20Cr67Ni5W4Mo3Ti1Al of 6 mm thickness

Full Text

При изготовлении таких ответственных высоконагруженных узлов в машиностроении, как проставка газоперекачивающих двигателей, головка камеры сгорания и другие, широко применяются жаропрочные сплавы на хромо-никелевой основе. Электронно-лучевая сварка позволяет изготавливать детали из тугоплавких, химически активных металлов и их сплавов, титановых сплавов и высоколегированных сталей. Металлы и сплавы можно сваривать в однородных и разнородных сочетаниях, со значительной разностью толщин, температур плавления. Минимальная толщина свариваемых заготовок составляет 0,02 мм, максимальная - до 100 мм [5]. Высокая концентрация энергии в электронном пучке, локальность нагрева металла, минимальные деформации обрабатываемого изделия, вакуумная защита зоны нагрева и низкие эксплуатационные расходы обеспечивают высокую конкурентоспособность электронно-лучевых технологий. ЭЛС занимает прочные позиции в машиностроении [4]. По сравнению с другими видами сварки при ЭЛС уменьшаются размеры околошовной зоны и зоны термического влияния. Объект и метод исследования В настоящей работе исследовано влияние режимов ЭЛС жаропрочного сплава ХН67ВМТЮ-ВД толщиной 6 мм без предварительного подогрева на склонность к образованию дефектов [1]. Сварку образцов выполняли на установке ЭЛУ-9Б с энергоблоком ЭЛТА-60/15 ДП, в который входит электронная пушка с катодом косвенного подогрева (см. рисунок). Склонность к образованию дефектов проверяли на образцах 200×150 мм толщиной 6 мм. Контроль фокусировки электронного пучка производили на поверхности образца по наибольшей яркости пучка при токе луча 1 мА (Io). Рабочее расстояние от пушки до образца составило 200 мм. Принципиальная схема установки для электронно-лучевой сварки: 1 - электронно-лучевая пушка; 2 - камера установки; 3 - смотровое окно; 4 - образец; 5 - манипулятор; 6 - направление сварки Образцы для устранения остаточной намагниченности подвергали дополнительному размагничиванию, и они поступали на сварку с уровнем намагниченности не более 300 мкТл. Контроль производили микротеслометром МФ-24ФМ [2]. Наличие дефектов в сварных соединений выявляли рентгенконтролем и последующим металлографическим исследованием. Для исключения дефектов формирования сварного шва была применена технологическая подкладка из свариваемого материала толщиной 5 мм, установленная под кромки свариваемых деталей. Подкладка служит для формирования и защиты обратной стороны сварного шва. Значение тока луча, тока фокусировки и скорости сварки подбирали таким образом, чтобы в процессе сварки на технологической подкладке получались отдельные точечные проплавления. При сварке с технологической подкладкой лицевой валик на исследуемых сварных швах сформирован на всех образцах без занижений и подрезов, кроме образцов № 6 и 7. Результаты эксперимента и обсуждение Склонность сплава ХН67ВМТЮ-ВД к образованию дефектов исследовали при скоростях сварки 3 и 5 мм/с. Как видно из табл. 1, конфигурация сварного шва меняется: ширина усиления уменьшается, поперечное сечение из конического переходит в более цилиндрическое [3]. Рентгенконтролем установлено, что на образцах № 2 и 3 имеются поры. На образцах № 6 и 7 - подрезы сварного шва, что обусловлено завышенным током луча. Для оценки качества сварки каждый из образцов подвергался разрезке и металлографическому исследованию (МГИ) с определением параметров сварных швов, микротвердости и наличия дефектов. Таблица 1 Результаты электронно-лучевой сварки образцов № образца Скорость сварки, мм/с Ток луча, мА Ток фокус. Iф, мА Параметры сварного шва Дефект Ширина ванны на поверхн. корне, мм Глубина провара, мм 1 3 35 752 8,1/2,1 6,0 Отсутствует 2 35 757 9,3/1,9 6,0 Пора 3 35 767 11,8/1,6 6,0 Пора 4 5 41 760 8,5/1,6 6,0 Отсутствует 5 42 757 6,9/1,2 6,0 Отсутствует 6 46 754 6,7/1,5 6,0 Прожог 7 46 757 6,9/1,5 6,0 Прожог Замер микротвердости производили на основном материале, в околошовной зоне (ОШЗ) и в литой зоне сварного шва. Результаты замеров микротвердости (средние значения) приведены в табл. 2. Замер микротвердости производился на приборе ПМТ-3М при нагрузке Р = 50 г. Таблица 2 Микротвердость на образцах № образца Микротвердость, кгс/мм2 Сварной шов Околошовная зона Основной материал 1 291 287 295 2 293 292 291 3 294 298 296 4 294 292 292 5 294 290 295 6 298 289 292 7 292 289 297 Марки материала образцов были проверены методом спектрального анализа и соответствуют сплаву ХН67ВМТЮ-ВД. По результатам исследования макрошлифов оптимальным следует признать режим сварки для сплава ХН67ВМТЮ-ВД на образце № 5, на котором дефекты отсутствуют. Проведено МГИ микроструктуры сварного шва на образце № 5. Литая зона сварного шва ХН67ВМТЮ-ВД + ХН67ВМТЮ-ВД сформирована с неоднородным составом - твердый раствор + упрочняющая фаза по границам зерен. Величина зерна материала образца № 5 соответствует 2-му номеру шкалы ГОСТ 5639. Заключение На основании полученных результатов электронно-лучевой сварки сплава ХН67ВМТЮ-ВД и металлографического исследования установлено следующее: 1. При микроисследовании шлифов сварных швов, полученных электронно-лучевой сваркой, обнаружено, что дефекты сварки (трещины, подрезы, непровары и другие) на образцах № 1, 4 и 5 отсутствуют. Микротвердость сварных швов и основного материала идентичны, величина зерна соответствует 2-му номеру шкалы ГОСТ 5639. Дефектов в микроструктуре не выявлено. 2. Оптимальным режимом сварки сплава ХН67ВМТЮ-ВД толщиной 6 мм является режим, полученный на образце № 5. Выбранные значения параметров сварки для стыкового соединения обеспечивают требуемое качество и размеры сварного шва.

About the authors

Sergey L Isaev

Samara State Technical University

Postgraduate student 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

Supplementary files