Безсалий В.Г., Джур Є.О., Фесенко А.Г., Убизький М.М.

ДП ВО "Південний машинобудівний завод",

Дніпропетровський національний університет

ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВЕ ЗВАРЮВАННЯ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ

Титан та його сплави володіють рядом переваг в порівнянні з іншими конструкційними металами: малою питомою вагою (4,5 г/cм), високими механічними властивостями (межа міцності - 500600 МПа у технічного титана і 8001400 МПа у сплавів на його основі) і відмінною корозійною стійкістю, подібно стійкості нержавіючої сталі, а в деяких середовищах і вищою. В сучасних виробах літальних апаратів широко застосовуються силові трубчаті зварні з'єднання із високоміцних титанових сплавів.

Електронно-променеве зварювання титанових сплавів має значні переваги над існуючими способами зварювання плавленням. Суть процесу зварювання електронним променем у вакуумі складається у використанні кінетичної енергії електронів, що швидко рухаються в глибокому вакуумі. При бомбуванні електронами поверхні металу більша частина кінетичної енергії електронів перетворюється в теплоту, що і використовується для розплавлення металу. Стосовно до зварювальних цілей інтенсивність енергії в електронному промені повинна мати свій оптимум, тому що при дуже високій зосередженості й теплоти, процес супроводжується не тільки плавленням, але й інтенсивним випаром металу, унаслідок чого відбувається процес різання металу.

Висока інтенсивність таких джерел теплоти дозволяє зварювати будь які метали. Щільність енергії в електронних пучках, використовуваних для зварювання, визначається рядом факторів: властивостями металу(температура плавлення, теплопровідність і ін.), його товщиною, формою зварного з'єднання і т.д. При зварюванні тугоплавких і теплопровідних металів, металів ве6ликої товщини доцільно застосовувати електронний промінь з більш високою щільністю енергії. Важлива перевага зварювання електронним променем при високих прискорюючих напругах - можливість одержання вузької і глибокої зони проплавлення.

Електронний промінь має енергію великої щільності і робить інтенсивний тепловий вплив. Зона розплавлювання в металі витягається переважно в напрямку дії електронного променя.

При використанні низьковольтних зварювальних пушок при малих струмах електронного променя (до 35 мА) форма зони проплавлення майже не відрізняється від форми зони проплавлення, одержуваної при аргонно-дуговому зварюванні. При збільшенні сили струму променя в нижній частині зони проплавлення з'являється клиноподібна ділянка. Глибина цієї ділянки росте з збільшенням сили струму.

Форма зони проплавлення при зварюванні електронним променем металу великої товщини вигідно відрізняється від форми проплавлення при зварюванні дугою за рахунок різкого збільшення глибини. Можливість одержання швів з великою глибиною проплавлення - одна з основних переваг електронно-променевого зварювання. Процес утворення глибокого кратера при електронно-променевому зварювані ще цілком не з'ясований. У літературі висловлюється багато різних припущень про механізм утворення кратера, часто діаметрально протилежних. Викликано це тим, що дотепер немає ясності в ролі силових факторів, що беруть участь у глибинному проплавленні при електронно-променевому зварюванні.

У процесі зварювання методами плавлення основний метал, що прилягає безпосередньо до зони шва, піддається своєрідній термообробці, у результаті чого в зоні термічного впливу спостерігається рекристалізація і ріст зерна. Це викликає погіршення фізико-механічних властивостей металу зварного з'єднання. Особливо небезпечний тривалий вплив високих температур на основний метал при зварюванні металів, схильних при нагріванні до значного росту зерна і до зниження корозійної стійкості.

Висока концентрація енергії в промені дозволяє одержувати шви не тільки з мінімальною зоною розплавленого металу, але і з'єднання, метал яких в околошовній зоні не перетерплює значних змін унаслідок уведення мінімальної кількості теплоти і значних швидкостей охолодження. Відсутність значної по довжині зони термічного впливу виключає недоліки, викликані зміною фізико-механічних властивостей металу в околошовній зоні.

Глибоке проплавлення металу при малій погонній енергії, що відбувається при електронно-променевому зварюванні, обумовлює значно велику швидкість відводу теплоти від зони зварювання, що забезпечує збільшення швидкості кристалізації малої за обсягом зварювальної ванни з одержанням дрібнокристалічної будівлі металу шва, по своїх властивостях мало відрізняється від основного металу. Уведення значно меншої кількості теплоти при електронно-променевому зварюванні дає можливість у багато разів зменшити деформації виробів у порівнянні з дуговим способом заварювання.

Малий поперечний переріз променя, перенос енергії на значні відстані, одержання вузьких швів з малою площею розплавленого металу дозволяють виконувати нові, більш доскональні види зварених з'єднань і підвищувати якість виробів.

Електронно-променеве зварювання трубчатих заготовок з товщиною стінки 30 мм. замкового типу із високоміцного титанового сплаву ВТ 22 відбувалося на установці У250А за три проходи. Для зняття зварювальних напружень отримані зварні з'єднання підлягали індукційному відпалу. Механічні випробування показали задовільні властивості отриманих зварних з'єднань.

Таким чином електронно-променеве зварювання дає можливість більш глибокого проплавлення і дозволяє зварювати вироби великої товщини практично з будь-яких металів і сплавів. Одержання глибокого проплавлення при електронно-променевому зварюванні дає можливість виконувати принципово нові, більш досконалі види з'єднань, зварювання яких звичайними методами неможливе.