Разработка режимов сварки жаропрочного никелевого сплава Inconel 718

Перед сваркой все образцы прошли опесочивание кварцевым песком для снятия с их поверхности окисных плен, а для удаления остатков смазки провели обезжиривание нефтяным растворителем.

В процессе сварки образцов, дуга в атмосфере аргона смещалась в направлении пластин из сплава ХН67МВТЮ; при этом шов становился не ровным, увеличилась зона термического воздействия.

Отклонение дуги во время сварки может вызывать чрезмерное разбрызгивание, недостаточную глубину проплавления, пористость и низкое качество сварных швов. После получения низкого качества шва и изучения научной литературы и сделан вывод, что данный феномен имеет магнитный характер.

Магнитное отклонение происходит из-за искажений магнитного поля вокруг сварочной дуги. Эти искажения возникают из -за того, что в большинстве случаев дуга оказывается на большем расстоянии от одного конца соединения, чем от другого, и непостоянного расстояния от рабочей клеммы.

Дисбаланс также может быть вызван постоянными изменениями направления тока в цепи между электродом, дугой и рабочим изделием.

В процессе сварки массивных металлических изделий, в частности, трубопроводов большого диаметра крупногабаритных емкостей, возникает явление магнитного дутья.

Магнитное поле большой массы металла взаимодействует с электродугой, вызывая ее отклонение. Отклонение может достигать значительных величин, затрудняя электросварку или делая ее вовсе невозможной.

Разработано несколько способов борьбы с этим негативным явлением[6].

Сильный электроток, протекающий по электродуге, создает собственное магнитное поле. Оно взаимодействует с постоянным полем массивной металлической конструкции.

В результате этого взаимодействия возникает сила, направленная к центру поля. Если массовый провод подключен близко к месту работы, то эта сила действует вдоль столба и не вызывает ее смещения от вертикали. Однако чем дальше подключена масса, тем более проявляется поперечная составляющая этой силы. Под ее действием электродуга отклоняется в сторону подключения.

Степень отклонения пропорциональна расстоянию от места подключения, намагниченности металлической конструкции и квадрату рабочего тока.

Эффект проявляется особенно сильно при высоких значениях сварочного тока и при сварке постоянным напряжением.

При работе переменным током эффект дутья ослабляется изменением направления отклонения с частотой сварочного напряжения.

Кроме того, возникающая электродвижущая сила наводит вихревые токи в поверхностных слоях металла. При больших значениях рабочего электротока, достигающих тысяч ампер, магнитное дутье проявляется незначительно.

В работе была измерена намагниченность образцов, которая и стала причиной смещения дуги и, как следствие, образования дефектов. Измерения производились ферромагнитным полюсоискателем ФП -1м при чувствительности прибора 4 ^А. Результаты измерения приведены в табл. 4.

Таблица 4 Результаты исследования намагниченности

Из таблицы следует, что, сплав Inconel 718 не имеет намагниченности, а пластины из сплава ХН67МВТЮ имеют относительно высокую намагниченность.

Как известно, электрическая дуга в атмосфере аргона смещается в сторону пластины с более высокой намагниченностью, что провоцирует образование дефектов шва, которые наблюдались при сварке заготовок на первом этапе.

В связи с полученными результатами все образцы были подвергнуты размагничиванию в установке ДЕ-1 для уравновешивания магнитной структуры заготовок и повышения качества сварного шва.

После размагничивания пластин показатели на всех пластинах варьировались от -5 до +5 рА, что находится в пределах погрешности измерений полюсоискателя.

После размагничивания заготовок, подбора и корректировки режимов сварки были получены образцы с удовлетворительной поверхностью шва, без видимых невооруженным взглядом непроплавов, трещин или подрезов.

Качество сварных соединений было подтверждено рентгеноконтролем. В работе проведен макроанализ металлографических шлифов (рис .1).

Рис. 1. Структура образцов сваренных по режиму: 1,2 - Корневой проход: 1= 120А без присадки, наполняющий проход; 1= 120А с подачей присадочной проволоки inconel 718, расход аргона на защиту 7 л/мин; 3,4 - Наполняющий проход: 1= 110А с подачей присадочной проволоки inconel 718, расход аргона на защиту 20 л/мин; 5,6 - 1= 120А без присадки, наполняющий проход; 1= 120А с подачей присадочной проволоки inconel 718, расход аргона на защиту 7 л/мин

Как видно из результатов исследования, образцы 1 и 2, сваренные по режиму сварки 1 имеют признаки пережога, неоднородности структуры сварного шва, что является признаком низкого качества шва из -за завышенной силы тока при сварке. Образцы 5 и 6, сваренные по режиму 3, имеют непроплавы кромок сварочной ванны и рыхлоты из -за заниженной силы тока.

Качественными в соответствии с ОСТ 92-1114-88 являются образцы №3 и 4, сваренные по режиму 2. Данный режим был введен в типовые технологические процессы изготовления сварных деталей и узлов данного сочетания материалов.

Качество сварных соединений было подтверждено механическими испытаниями, результаты которых приведены в табл. 5.

Таблица 6 Результаты механических испытаний сварных соединений

Как следует из результатов исследования, образцы, сваренные по режиму 2 имеют высокие прочностные и пластические свойства, что свидетельствует о высоком качестве сварных соединений.

Выводы

Испытания и исследования сплава Inconel 718 показали возможность его широкого применения в конструкции двигателя ракетоносителей, взамен ранее применяющегося сплава ХН67МВТЮ (ЭП 202), что позволяет унифицировать применение материалов в изделиях ЖРД и ТНА.

1. Установлена особенность сплава Inconel 718 - высокая стойкость против образования трещин в сварных соединениях и при термической обработке.

2. Контроль качества сплава Inconel 718, такие как контроль механических свойств, рентгеноконтроль и металлографическое исследование, показали результаты близкие к полученным методами контроля по ASTM и AMS .

3. Определены следующие оптимальные варианты соединений при ручной аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом: 1= 110А с подачей присадочной проволоки inconel 718, расход на защиту 20 л/мин.

Библиографические ссылки

1. Воробей В. В., Логинов В. Е. Технология производства жидкостних ракетних двигателей: Учебник. - М.: Изд-во МАИ, 2001. - 496 с.

2. Авиационно-космические материалы и технологии. Учебник/ В.А. Богуслаев, А.Я. Качан, Н.Е. Калинина и др.-Запорожье: Мотор Сич, 2007.-383с.

3. Оспенникова О.Г. Стратегия развития жаропрочных сплавов и сталей специального назначения, защитных и теплозащитных покрытий //Авиационные материалы и технологии. 2012. №5. С. 19-35.

4. Катков Р.Э., Лозино-Лозинская И.Г., Мосолов С.В., Скоромнов В.И., Смоленцев А.А., Соколов Б.А., Стриженко П.П., Тупицын Н.Н. Экспериментальная отработка камеры сгорания многофункционального жидкостного ракетного двигателя с кислородным охлаждением камеры: результаты 2009-2014 гг. // Космическая техника и технологии. 2015. № 4(11). С.12-24

5. Шлямнев А. П. Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы: Справ.М.: «Интермет Инженеринг», 2000. - 232с.

6. Rigina L.G., Kostina M.V., Bannykh O.A., Blinov V.M., Zvereva T.N. Effect of alloying on the composition-stable nitrogen content and phase composition of corrosion-resistant Fe-Cr-Mn-Ni-Mo-V-Nb alloys after solidification. 9-th Int. konf. High Nitrogen Steels, Moscow, july 2009, p. 36-44.

Размещено на Allbest.ru