Сварка ниобия

Требования к тугоплавким материалам и изделиям из них определяют поиск новых неизвестных способов воздействия на дугу c тугоплавким катодом, обеспечивающим значительное повышение ее проплавляющей способности, а также производительности сваривания неплавящимся электродом.

Разработана замкнутая математическая модель конкретных физических процессов в плазме сварочной дуги и в нагреваемом металле при дуговом сваривании c неплавящимся электродом и другой дуговой обработке металла. Модель предусматривает согласованное описание процессов переноса энергии, вещества, заряда в сложной термодинамической системе взаимодействия дуговой плазмы на металлическую поверхность.

Экономичные алгоритмы численного расчета характеристик системы взаимодействия дуговой плазмы на металлическое вещество методом конечных разностей.

Программное обеспечение позволяет проводить вычислительный эксперимент на персональных компьютерах. Верификация модели подтверждает ее адекватность, а также достоверность результатов моделирования.

Определены распределенные, интегральные характеристики конкретной электрической дуги c тугоплавким катодом, изменяя диапазон импульсного сварочного тока до 350 A.

Установлено, что анодное падение потенциала существенным образом влияет на энергетический баланс дугового разряда, характеристики его теплового, а также электрического взаимодействия с металлом анода. Повышение проплавляющей способности плазмы, во время сваривания неплавящимся электродом c высокочастотной модуляцией тока, импульсами асимметричной формы, обусловлено реагированием токопроводящего канала дуги на переднем фронтальном импульсе высокой крутизны.

Максимальное содержание доли паров металла достигается на некотором расстоянии от поверхности анода, испаряющегося в обширном диффузионном режиме. Это объясняется различными скоростями диффузии атомов и ионов пара c высокой скоростью ионизации-рекомбинации частиц пара, при неоднородном разжиженном температурном поле прианодной плазмы.

Диффузия металлического пара в состав дуговой плазмы закономерно приводит к образованию в прианодной зоне течения, направленного против газодинамического потока столба дуги, это приводит к значительному снижению температуры плазмы на границе c анодным слоем. При этом, под воздействием паров металла максимум плотностей тепловых термодинамических потоков на анод уменьшается, смещается от центра анодного пятна к его периферии.

Для увеличения эффективности дугового нагрева, свариваемого металла, рекомендовано выбирать параметры режима сваривания таким образом, чтобы максимальная температура расплава не превышала 2700 К.

Причиной синергетической активации проплавляющей способности гибридного сваривания становится эффект контракции электрического тока на локальной прианодной дуговой плазме. Этот эффект обусловлен неоднородным распределением анодного падения потенциала вдоль поверхности анода при нагреве плазмы лазерным излучением.

Воздействие электромагнитных сил Лоренца на гидродинамическую обстановку, термодинамические процессы, способствует существенному увеличению глубины проплавления металла тем больше, а также значимее, чем меньше размер токового пятна дуги на поверхности анода. Такая особенность действия силы Лоренца является причиной повышенной проплавляющей способности электрической дуги при А-ТИГ сваривании, высокочастотной импульсной сварке неплавящимся электродом при гибридном сваривании.

Методом вычислительного эксперимента исследованы процессы энергетического, массового электропереноса системы «дуга–свариваемое изделие». Установлено, что экспериментальные данные o распределениях плотности постоянного тока, плотности термодинамического теплового потока на принимающий анод, полученные методом разрезного «холодного» анода, дают искаженные представления о характере и величине этих характеристик для реальных условий дугового сваривания.

Рекомендуется для наиболее эффективного обогрева металлической ванны и интенсификации перемешивания металла за счет электромагнитных сил использовать электрические дуги с большим током и минимальной длиной. На основании результатов численных экспериментов, проведенных с помощью самосогласованной математической модели, дано объяснение физических эффектов, которые наблюдаются при сварке модулированным током и гибридной лазерно-дуговой сварке.

Разработаны рекомендации по повышению эффективности электродугового нагрева металлов. Предложены способы воздействия на электрическую дугу c тугоплавким катодом, позволяющие повысить ее проплавляющую способность.

Сварка молибдена

Перед сваркой кромки молибденовых деталей подвергают травлению водным раствором фосфорной и азотной кислот, при соотношении один к одному. Молибденовые сплавы, свариваемые при помощи плавления, должны содержать минимум кислорода — менее 0,001% массового соотношения.

Сваривание плавлением технического молибдена характерно сварными швами крупнокристаллического строения, это обусловливает их хрупкость. Обычная склонность сварных швов технического молибдена и сплавов к хрупкому межкристаллитному структурному разрушению в нормальных температурных условиях может быть существенно снижена путем легирования.

Для сваривания применяют исключительно низколегированные сплавы молибдена c добавками элементов, модифицирующих, раскисляющих металл (ниобий, углерод, цирконий, ванадий, титан, и другие). Прочность сварных швов ниже прочности основного материала. Повышение прочности, а также пластичности материала шва достигается использованием легированной присадки, например, сплав молибдена с рением в равной пропорции.

Сложной задачей представляется получение пластичных соединений, сваривая молибденовые сплавы c критической температурой перехода сварных швов в хрупкое легко разрушаемое состояние, близкой к характеристикам основного металла. Для решения этой непростой задачи создают удовлетворительно свариваемый сплав, с применением молибдена, обладающий повышенной механической пластичностью, а также вязкостью, минимально загрязненным вредными примесями, поиска оптимальных условий сваривания таких сплавов, содержащих выбор термических циклов сваривания, присадочных материалов и другие способы.

Сварка тантала

Инертность тантала к воздействию большинства известных кислот, позволяет очищать его кратковременным погружением в горячую концентрированную соляную кислоту, царскую водку, а также смесь хромовой и серной кислот. После кислотной очистки необходимо тщательно промыть дистиллированной водой.

Для обезжиривания можно применять четыреххлористый углерод или трихлорэтан. Для подготовки танталового материала перед сваркой его обрабатывают смесью: 90% фтористого водорода и 10% азотной кислоты. При сварке танталовых сплавов c ниобием, ванадием, вольфрамом швы получаются пластичные, а также равнопрочные c основным металлом. Прочность сварного соединения тонколистового технического тантала около 50 кгc/кв.мм при изгибе 180°.