Дальнейшее развитие способа аргоно-дуговой сварки привело к предложению применить в качестве защитного газа азот. Вначале азотно-дуговая сварка была использована для соединения нержавеющей стали типа 18-8. Азотно-дуговая сварка может быть успешно применена для соединения меди и ее сплавов, серебра и его сплавов и некоторых других материалов.
Основные данные по абсорбции азота и влиянию его на свойства нержавеющих сталей сводятся вкратце к следующему.
1. Азот соединяется с рядом элементов. В меньшей степени он абсорбируется железом и в большей степени хромом, марганцем, кремнием и алюминием. Обязательным условием абсорбции азота металлом является наличие одноатомного азота.
2. Разные сплавы в соответствии с концентрацией легирующих элементов в различной степени абсорбируют азот, действие которого также находится в зависимости от концентрации легирующих элементов в сплаве.
В сплавах с содержанием хрома до 18% и никеля до 8% азот измельчает литую структуру и не ухудшает свойств сплава. В сплавах с содержанием хрома 25% и никеля 12%, содержащих азот в количестве 0,25% при медленном охлаждении выделяется пластинчатая нитридная или карбонитридная составляющая. Твердость такой стали после наклепа и последующего нагрева повышается.
3. Введение в сталь одновременно азота и титана устраняет стабилизирующее действие этих элементов. Сталь приобретает склонность к межкристаллитной коррозии.
4. С ниобием азот образует нитрид значительно менее прочный, чем нитрид титана.
5. Нитрид вольфрама получается при воздействии азота (повидимому, атомарного) на металлический вольфрам при высокой температуре (2500°К).
ЭЛЕКТРОДЫ И ПИТАНИЕ ДУГИ
Соединения вольфрама с азотом (нитрид WN2 и дивольфрам-нитрид W2N2) характеризуются малой стойкостью. Образуясь при высокой температуре, эти соединения вскоре распадаются вновь. Вследствие этого при горении дуги в среде азота вольфрамовый электрод плавится Плавление вольфрамового электрода приводит к относительно большому расходу электрода и насыщению наплавленного металла шва вольфрамом. Это вынудило применить вместо вольфрамового электрода другой тугоплавкий электрод - угольный.
Сварка угольным электродом в атмосфере азота при использовании нормального напряжения холостого хода практически невозможна. При повышении напряжения холостого хода до 120 в сварку можно выполнять, но расход угольного электрода при этом в 10 раз больше, чем при питании дуги постоянным током прямой полярности, и металл шва науглероживается во много раз больше.
Сварка угольным электродом в среде азота при постоянном токе прямой полярности с использовании специальной горелки (фиг. 271) протекает вполне удовлетворительно. Дуга спокойна и горит устойчиво в том случае, если содержание кислорода в азоте не превышает 0,6%. При более высоком содержании кислорода дуга горит неустойчиво.
При использовании угольных электродов наблюдается лишь небольшое повышение содержания углерода в металле швов при сварке стали 12Х18Н10Т и ХН78Т. Для стали 12Х18Н10Т повышение это составляет в среднем 0,03%, а наибольшее может достигать 0,04%; в стали ХН78Т содержание углерода повышается на 0,01-0,02%.
Для сварки конец угольного электрода нужно затачивать, как карандаш. Расход угольного электрода растет с увеличением мощности дуги.
ВЛИЯНИЕ АЗОТА НА СТАЛЬ
При многослойной наплавке стали 12Х18Н10Т в атмосфере азота содержание последнего достигает 0,321%, что превышает в 3,6 раза содержание азота в проволоке 12Х18Н10Т.
При многослойной наплавке сталей 12Х18Н10Т, 25-20 и Нимоник в атмосфере, состоящей из смеси аргона с азотом, с увеличением содержания азота в защитной атмосфере увеличивается концентрация азота в металле наплавки. Эта зависимость проявляется более резко при наплавке стали ЯП и 25-20 и менее резко — при наплавке стали Нимоник. Увеличение концентрации азота заметно сказывается на механических свойствах металла наплавки лишь в стали 25-20.
Пластичность сварных соединений стали 12Х18Н10Т, выраженная глубиной продавливания, по сравнению с основным металлом ниже на 7% при сварке в среде технического аргона и на 11% при сварке в среде азота.
Между этими крайними значениями при различном отношении содержания азота к аргону глубина продавливания меняется линейно.
Пластичность сварного соединения стали 12Х18Н10Т, выполненного азотно-дуговой сваркой, выше пластичности сварного соединения, выполненного обычной дуговой электросваркой плавящимся электродом, и значительно выше пластичности сварного соединения, выполненного кислородно-ацетиленовой сваркой. Соединение, выполненное азотно-дуговой сваркой, незначительно уступает в отношении пластичности соединениям, выполненным атомно-водородной и аргоно-дуговой сваркой.
После кипячения сварных соединений в растворе медного купороса стали 12Х18Н10Т разница в глубине продавливания между сварными образцами и основным металлом составляет 25% для образцов, сваренных в среде азота, и 11 % для образцов, сваренных в среде технического аргона, при линейном изменении глубины продавливания между этими крайними значениями.
Концентрация азота в металле шва зависит не только от состава защитной газовой смеси, но и от размеров ванны расплавленного металла. В металле однопроходного шва на тонкой стали 12Х18Н10Т содержание азота увеличивается от 0,087 до 0,22%, что составляет увеличение концентрации в 1,4—2,4 раза по сравнению с увеличением в 3,6 раза в многослойной наплавке (см. выше).
Увеличение концентрации азота при многослойной наплавке, а также при однопроходной сварке стали 12Х18Н10Т почти не влияет на механические свойства наплавленного металла.
По сравнению с основным наплавленный металл обладает:
а) коэффициентом относительного сужения на 40% ниже при сварке в среде аргона и на 47% ниже при сварке в среде азота;
б) пределом текучести на 26,5% выше при сварке в среде аргона или азота;
в) одинаковыми пределами прочности при сварке в среде аргона и при сварке в среде азота; примерно такое же влияние на механические свойства металла шва оказывает содержание азота при сварке Нимоника.
Напротив, механические свойства металла наплавки стали 25-20 значительно изменяются в зависимости от состава газовой защитной среды. По сравнению с основным металлом 25-20 наплавленный металл обнаруживает:
а) снижение предела прочности на 44,5% при сварке в среде аргона и повышение на 12,5% при сварке в среде азота;
б) повышение предела текучести на 26,5% при сварке в среде аргона и повышение на 77% при сварке в среде азота;
в) снижение коэффициента относительного сужения на 73% при сварке в среде аргона и на 80% при сварке в среде азота. Структуры наплавок стали 25-20, выполненных в защитной атмосфере чистого аргона и азота, резко различаются.
РЕЖИМЫ СВАРКИ
Область рекомендуемых режимов лежит в пределах сварочного тока 40-100а. Режимы ручной сварки стали 12Х18Н10Т встык с подачей присадочной проволоки в процессе сварки представлены на фиг. 272; режимы механизированной сварки стали 12Х18Н10Т толщиной от 1,0 до 1,5 мм с наложенной присадкой проволоки 12Х18Н10Т показаны на фиг. 273 и режимы механизированной сварки стали 12Х18Н10Т толщиной 1,5 мм встык без присадки - на фиг. 274.
При сварке Нимоника необходимо применять стальные подкладки с канавкой под швом, обязательна тщательная очистка азота от примесей влаги и кислорода, которую рекомендуется производить с помощью очистительной установки. Очистку азота рационально производить также при сварке стали 12Х18Н10Т.
В области рекомендуемых режимов расход азота должен составлять 6-7 л/мин. При необходимости можно производить трехкратную повторную сварку одного и того же шва без удаления ранее наплавленного металла. Каждую повторную сварку нужно производить при увеличении силы тока на 15-20 а.
В швах с трехкратной сваркой нет пор, а механические свойства металла шва мало отличаются от свойств металла однопроходного шва.
СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Макроструктура наплавленного металла шва, сваренного на стали 12Х18Н10Т в среде азота, отличается от макроструктуры наплавленного металла шва, сваренного в среде аргона, резко выраженной ориентацией дендритов.
Макроструктура различных зон соединения из стали 12Х18Н10Т, сваренного в атмосфере азота, не отличается от макроструктуры соответствующих зон соединения, сваренного в среде аргона.
Макро- и микроструктура наплавленного металла шва на Нимонике, сваренного в среде азота и аргона, одинаковы. Ширина зон теплового влияния в обоих случаях практически одинакова.
Сварные соединения из стали 12Х18Н10Т, сваренные в атмосфере азота, в состоянии после сварки не подвержены межкристаллитной коррозии. Сварные соединения, выполненные азотно-дуговой свгркой, после термообработки в опасном интервале температур и кипячения в растворе медного купороса в течение 48 час. подобно образцам, выполненным кислородно-ацетиленовой сваркой, подвержены межкристаллитной коррозии.
Практика эксплуатации сварных изделий, выполненных кислородно-ацетиленовой сваркой и работающих в опасном интервале температур, показывает, что антикоррозионная стойкость этих изделий удовлетворительна, хотя при кипячении в растворе медного купороса сварные соединения, выполненные кислородно-ацетиленовой сваркой, разрушаются.
Поэтому в отношении устойчивости против коррозии сварные соединения, выполненные азотно-дуговой сваркой, равноценны соединениям, выполненным кислородно-ацетиленовой сваркой, и могут быть допущены на изделиях, работащих при повышенных температурах, но не подвергающихся при этом действию агрессивных сред. В тех же случаях, когда сварные соединения, выполненные азотно-дуговой сваркой, не подвергаются эксплуатации при повышенных температурах, они могут работать при действии среды, подобной раствору медного купороса.
Жаростойкость сварных соединений стали Нимоник при температуре 1000-1100° не намного ниже жаростойкости основного металла.
Данные механических испытаний всех видов показывают, что сварные соединения, выполненные азотно-дуговой сваркой, практически не уступают сварным соединениям, выполненным аргоно-дуговой сваркой.
Сопротивление ударному разрыву сварных соединений из стали Я1T, подвергшихся после сварки нагреву с выдержкой в опасном интервале температур, не ниже сопротивления ударному разрыву сварных соединений из стали 12Х18Н10Т непосредственно после сварки.
Пределы выносливости образцов из стали 12Х18Н10Т, сваренных в среде аргона и азота, различаются лишь на 2 кг/мм2, и относительно предела выносливости образцов из основного металла составляют: первые 72,5%, вторые 64,5%. Пределы выносливости: образцов из Нимоника, сваренных в среде аргона и азота, различаются меньше, чем на 1 кг/мм2 л относительно предела выносливости образцов из основного металла Нимоника составляют: первые 89%, вторые 92,5%.
АЗОТНО-ДУГОВАЯ СВАРКА МЕДИ
Возможность использовать азот для защиты дуги при сварке меди основывается на том, что азот практически не образует с медью химических соединений или твердых растворов, ведущих к изменению свойств меди.
При использовании электрододержателей ВНИИАвтогена было-установлено, что расход азота практически определяется давлением и не зависит от переменных размерных величин электрододержателей.
Азотно-дуговую сварку меди рекомендуется производить на постоянном токе прямой полярности, в качестве электродов применять торированные вольфрамовые прутки.
При одинаковых диаметрах вольфрамового электрода и сопла горелки давление азота должно быть выше давления аргона при аргоно-дуговой сварке примерно в полтора раза. Без применения раскислителей при азотно-дуговой, как и при аргоно-дуговой сварке, добиться высокого качества сварных соединений меди не удалось. Поэтому при азотно-дуговой сварке они применяли раскислители в виде смесей из древесного угля, феррофосфора, алюминиевого порошка, ферросилиция и ферромарганца. Механические свойства сварных соединений меди, выполненных азотно-дуговой и аргоно-дуговой сваркой с раскислителями при условиях, приведенных в табл. 128, даны в табл. 129.
Полученные данные показывают весьма близкие средние показатели механических свойств соединений меди, выполненных обоими способами сварки.
Микроструктура металла швов также не обнаруживает заметных различий в зависимости от рода защитного газа (азота или аргона).
Для сварки многослойных швов без раскислителей рекомендуется следующая техника:
а) первый слой должен быть большого сечения и выполняться правой сваркой;
б) последующие слои и подварка выполняются левой сваркой.
Для сварки листов толщиной до 5 мм наилучшей присадкой является медная проволока с содержанием 0,1% Ti. Для более-толстых листов рекомендуется медная проволока с содержанием 0,2% Ti и 0,1% А1.
Для азотно-дуговой сварки мышьяковистой меди угольным электродом рекомендуется медная проволока, содержащая 3% Si и 1 % Мn. | 
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ