SU1127718A1 - Method of fusion welding of heterogeneous metals - Google Patents

Abstract

СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ, одним из которых  вл етс  титан, с использованием промежуточной вставки из ниоби . отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества при сварке титана с никелидом титана путем обеспечени  5-25% ниоби  в шве ниобий-нйкелид титана, вставку берут шириной в 2-5 раз больше толш,ины свариваемых металлов и приваривают ее вначале к титану, а затем к никелиду титана, смеш.а  при этом дугу от оси шва на никелид титана , а температуру ванны расплава никелида титана в зоне его контакта со вставкой поддерживают в интервале между 10°С выше температуры солидуса и 100°С выше температуры ликвидуса в течение 2-120 с.THE METHOD OF WELDING BY MELTING DIFFERENT METALS, one of which is titanium, using an intermediate niobium insert. characterized in that, in order to improve the quality when welding titanium with titanium nickelide by providing 5-25% niobium in the niobium-nickelide seam of titanium, the insert is taken 2-5 times wider than the thickness of the metal being welded to titanium, and then to titanium nickel, mixed with the arc from the seam axis to titanium nickelide, and the bath temperature of molten titanium nickelide in the zone of its contact with the insert is maintained between 10 ° C and more solidus and 100 ° C above liquidus temperature for 2-120 s.

Description

SS

Ю YU

ооoo

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности, к производству сварных деталей из разнородных металлических материалов , и может быть использовано в различных отрасл х техники при изготовлении т желонагруженных изделий с повышенными вибро-акустическими, а также износостойкими характеристиками.The invention relates to mechanical engineering, in particular, to the production of welded parts from dissimilar metallic materials, and can be used in various fields of technology in the manufacture of heavy duty products with high vibration-acoustic and wear-resistant characteristics.

Известен способ сварки титана и его сплавов с медью и ее сплавами с использованием промежжуточной вставки из ниоби  1.A known method of welding titanium and its alloys with copper and its alloys using an intermediate niobium insert 1.

Недостатком известного способа указанных разнородных металлов  вл етс  то, что он не позвол ет обеспечить соединение. титана с никелидом титана, так как дл  его осуществлени  необходим определенный пор док выполнени  швов, а также такие температурно-временные параметры суш.ествовани  сварочной ванны при выполнении шва ниобий - никелид титана, которые обеспечивали бы содержание ниоби  в этом шве равное 5-25%.A disadvantage of the known method of said dissimilar metals is that it does not allow the connection. titanium with titanium nickelide, since its implementation requires a certain order of welds, as well as such temperature and time parameters for drying the weld pool when performing a weld niobium - titanium nickelide, which would provide the content of niobium in this weld equal to 5-25% .

Целью изобретени   вл етс  повышение качества при сварке титана с никелидом титана путем обеспечени  ниоби  в шве ниобий -- никелид титана.The aim of the invention is to improve the quality when welding titanium with titanium nickelide by providing niobium in the weld with niobium - titanium nickelide.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу сварки плавлением разнородных металлов, одним из которых  вл етс  титан с использованием промежуточной вставки из ниоби , вставку берут шириной в 2-5 раз больше толшины свариваемых металлов и приваривают ее вначале к титану, а затем к никелиду тита-ча, смеш ,а  при этом дугу от оси шва на никелид титана, а температуру ванны расплава никелида титана в зоне его контакта со вставкой поддерживают в интервале между 10°С выше температуры солидуса и 100°С выше температуры ликвидуса в течение 2-120°С.The goal is achieved by the method of fusion welding of dissimilar metals, one of which is titanium using an intermediate niobium insert, the insert is taken 2-5 times wider than the thickness of the metals being welded and is welded first to titanium and then to nickel titanium. -cha, mix, and thus arc from the axis of the seam to titanium nickelide, and the temperature of the molten bath of titanium nickelide in its zone of contact with the insert is maintained in the range between 10 ° C above the solidus temperature and 100 ° C above the liquidus temperature during 2-120 ° C.

Ограничение температурно-временных параметров сварки объ сн етс  следуюшим. Используема  в предложенном способе вставка из тугоплавкого металла характеризуетс  способностью быстро раствор тьс  в жидким никелиде титана в значительном количестве (5-25% по массе) при сохранении стехиометрического соотношени  между титаном и никелем и не окрупчивать никелид титана. Нижн   граница содержани  тугоплавкого металла (ниобий, ,титан) в металле шва (5% по массе) определ етс  из требовани  исключени  несплавлени  кромки вставки с никелидом титана, а верхн   (25% по массе) -температурой и временем существовани  расплава, так как более высокое содержание тугоплавкого элемента может быть получено лишь при значительном перегреве расплава. Но в этом случае происходит увеличение размеров сварочной ванны, следствием чего  вл етс  неудовлетворительное формирование шва - увеличение его ширины и чрезмерна  вогнутость , вследствие, прописани  сварочной ванны. Таким образом, нижн   граница температуры нагрева и величина минимального времени выдержки определ ютс  из услоВИЯ обеспечением содержани  в расплаве 5% ниоби  и гарантированного сплавлени  кромок никелида титана с тугоплавкой вставкой, верхн   граница температуры нагрева и максимальное значение времени существовани  расплава из услови  удовлетворительного формировани  шва. Кроме того увеличение времени и температуры нагрева экономически нецелесообразно.The limitation of the temperature-time parameters of welding is explained as follows. Used in the proposed method, the refractory metal insert is characterized by its ability to quickly dissolve in liquid titanium nickelide in a significant amount (5-25% by weight), while maintaining the stoichiometric ratio between titanium and nickel and not crumbling titanium nickelide. The lower limit of the content of the refractory metal (niobium,, titanium) in the weld metal (5% by weight) is determined from the requirement to exclude non-fusion of the insert edge with titanium nickelide, and the upper (25% by weight) temperature and the time of the melt, since A high content of the refractory element can be obtained only with a significant overheating of the melt. But in this case there is an increase in the size of the weld pool, which results in unsatisfactory weld formation — an increase in its width and excessive concavity due to the introduction of the weld pool. Thus, the lower limit of the heating temperature and the minimum exposure time are determined by the condition of providing 5% niobium in the melt and guaranteed fusion of the edges of titanium nickelide with a refractory insert, the upper limit of the temperature of the melt due to satisfactory weld formation. In addition, the increase in time and temperature of heating is not economically feasible.

Подтверждением образовани  сплава с 5-25% ниоби  в зоне соединени  никелида титана марки ТН1 с тугоплавким металлом (ниобий марки HI) служат экспериментальные данные, полученные микрорентгеноспектральным анализом. Соединени  были получены при взаимодействии жидкой и твердой фаз в услови х, близких к граничным: температура нагрева 1200°С, выдержка 1,8 с, температура нагрева 1300°С, выдержка 120 с. Нагрев контактирующих деталей осуществл ли индукционным способом , контроль температуры - с помощьюConfirmation of the formation of an alloy with 5-25% niobium in the junction zone of titanium nickelide titanium brand TH1 with a refractory metal (niobium grade HI) are experimental data obtained by X-ray microanalysis. The compounds were obtained by the interaction of liquid and solid phases under conditions close to the boundary ones: heating temperature of 1200 ° C, holding for 1.8 s, heating temperature of 1300 ° C, holding for 120 s. The contact parts were heated by induction, the temperature was controlled using

термопары и потенциометра, врем  нагрева - с помощью секундомера.thermocouple and potentiometer, heating time - using a stopwatch.

В обоих случа х наблюдаетс  скачкообразное изменение содержани  элементов в зоне соединени , что свидетельствует об отсутствии значительной диффузии элементов из .жидкой фазы (Ti, Ni) в твердую (NB). В то же врем  на участке никелида титана, подвергаемого расплавлению, обнаружен ниобий: в первом участке на длине 0,7 мм - 5-15% по массе, во втором на длине около 2 мм - 20-25% по массе. Соотношение между никелем и титаном при этом не изменилось.In both cases, an abrupt change in the content of elements in the junction zone is observed, which indicates the absence of significant diffusion of elements from the liquid phase (Ti, Ni) into the solid (NB). At the same time, niobium was found at the site of titanium nickelide undergoing melting: in the first section at a length of 0.7 mm - 5–15% by weight, in the second at a length of about 2 mm - 20–25% by weight. The ratio between nickel and titanium has not changed.

Пример. Элементы с фрезерованными и обезжиренными кромками из титанового сплава марки ВТ6С и никелида титана марки THI плотно состыковывали по толщине, равной 2 мм, с фрезерованным и обезжиренными боковыми кромками промежуточной вставки, выполненной из листа ниобиевого сплава марки HI. Дл  контрол  температуры стыка никелида титана и ниоби  в последний в непосредственной близости от кромки, зачеканили платинородиевую термопару, соединенную с осциллографом. Спай термопары зачеканивали в отверстие Глубиной 1 мм и диаметром 0,5 мм со стороны противоположной электроду сварочной горелки (с нижней стороны соединени ). Первоначально сваривали элементы из более тугоплавких металлов ниоби  и титанового сплава , так как если сначала сваривать никелид титана с ниобием, а затем привариватьExample. Elements with milled and degreased edges from a titanium alloy of the VT6S brand and titanium nickelide of the THI brand were tightly joined in a thickness of 2 mm, with the milled and degreased side edges of the intermediate insert made of a sheet of a niobium alloy of the HI brand. To control the temperature of the junction between nickel-titanium and niobium, the platinum-rhodium thermocouple coupled to the oscilloscope was stabbed into the latter in close proximity to the edge. The thermocouple junction was caulked into a hole 1 mm deep and 0.5 mm in diameter on the side opposite to the welding torch electrode (on the bottom side of the joint). Initially, elements of more refractory metals niobium and titanium alloy were welded, because if you first weld titanium nickelide with niobium and then weld

к ниобию титановый сплав, то при малой ширине вставки (менее 2 толщин) происходит вторичное чрезмерное расплавление шва ниобий - никелид титана и его неблагопри тное формирование. Сварку производили аргонодуговым способом вольфрамовым электродом. В различных опытах варьировали: температуру стыка ниобий - никелид титана путем изменени  сварочногоa niobium titanium alloy, then, with a small insert width (less than 2 thicknesses), secondary excessive melting of the niobium – titanium nickelide seam occurs and its adverse formation. The welding was made by argon arc method using a tungsten electrode. In various experiments, they varied: the junction temperature niobium - titanium nickelide by changing the welding

33

1 212

5five

11eleven

тока, смещение от стыка оси электрода, ширину вставки из ниоби .current offset from the junction of the axis of the electrode, the width of the insert of niobium.

Вли ние различных параметров на качество сварки приведены в таблице.The effect of various parameters on the quality of welding is given in the table.

1350 Расплавление кромки 1350 edge melt

80 ниоби  в верхней части80 niobium at the top

Несилавление в корне шваNot renowned in the root of the seam

То жеAlso

Удовлетворительное То жеSatisfactory same

Удовлетворительное, отдельные участки сплавлени  ниоби  с ТН1 при сварке певого шва ниобийВТ6СSatisfactory, separate areas of fusion of niobium with TN1 when welding a stitch weld niobium ВТ6С

-Произошло сплавление- There was a fusion

всех трех компонентов при сварке первого шва титан-ниобий . Элемент из ТН1 хрупко отломилс  по всей длине шваall three components when welding the first seam titanium-niobium. The element of TN1 brittle broke off along the entire length of the seam

1230Удовлетворит.ельное1230 Satisfactory.

1150Иесплавление стыка1150Implavation of the joint

ниобий-ТН1niobium-TH1

1450Сильна  вогнутость1450Strong concavity

(провисание) и увеличение ширины шва I 1,5 раза по сравнению с примерами № 3 и № 4(sagging) and the increase in the width of the seam I 1.5 times compared with examples No. 3 and No. 4

1360Незначительна  вогнутость шва1360 Slight concavity

При смещении электрода на элемент из ниоби  (примеры № 2 и № 3) имеет место несплавление стыка ниобий - никелид титана с нижней стороны. Удовлетворительное формирование шва имело место при смещении оси электрода в сторону никелида титана, температуре стыка 1240-1330°С и щирине вставки не менее 4 мм, что равн етс  удвоенной толщине свариваемых элементов (примеры № 4, 5, 6, 8, 11). При меньщей щирине вставки (2 мм в примере 7) произощло расплавление элементов из сплава ВТ6С, ниоби  и кромки никелида титана с образованием общей ванны с лицевой стороны соединени , что привело к нарущению стехиометрического состава между никешем и титаном. Шов оказалс  хрупким и при небольщой деформации изгиба разрущилс .When the electrode is displaced on a niobium element (examples No. 2 and No. 3), the niobium-titanium nickelide joint does not melt from the bottom. A satisfactory weld formation took place when the axis of the electrode was shifted towards titanium nickelide, the joint temperature was 1240–1330 ° C and the insert width was not less than 4 mm, which equals twice the thickness of the elements to be welded (examples Nos. 4, 5, 6, 8, 11). With a smaller insert width (2 mm in Example 7), elements of the VT6C alloy, niobium and titanium nickelide edges were melted to form a common bath on the front side of the compound, leading to a violation of the stoichiometric composition between nickel and titanium. The seam was found to be brittle and, with slight deformation of the bend, was destroyed.

При недостаточном нагреве кромки из ниоби  (до 1150°С пример ч№ 9) имело место несплавление кромок стыка ниобий - никелид титана, а при его перегреве (1360- 1420°С, примеры № 10,11) щов имел вогнутую форму.With insufficient heating of the niobium edge (up to 1150 ° C, example n. 9), the niobium – titanium nickelide junction edges did not melt, and when it was overheated (1360–1420 ° C, examples no. 10.11), the basins had a concave shape.

Отсутствие смещени  электрода относительно стыка никелид титан-ниобий (примерно № 1) приводит к расплавлению последнего -и образованию общей сварочной ванны.The absence of an electrode displacement relative to the nickel-titanium-niobium junction (approximately No. 1) leads to the melting of the latter and the formation of a common weld pool.

При минимально допустимой щирине вставки это может привести к частичному расплавлению щва, соедин ющему титан с ниобием, увеличению содержани  титана в щве, соедин ющем никелид титана с ниобием , нарущению в нем стехиометрического соотнощени  между титаном и никелем и охрупчиванию.With a minimum allowable insert width, this can lead to partial melting of the joint connecting titanium with niobium, an increase in the content of titanium in the joint connecting titanium nickelide with niobium, a violation of the stoichiometric ratio between titanium and nickel and embrittlement.

Верхн   граница ширинь вставки (в 5 раз больше толщины) определ етс  технической целесообразностью, так как сплавы на основе ниоби  характеризуютс  большей плотностью и меньшей прочностью.The upper limit of the insert width (5 times the thickness) is determined by technical feasibility, since niobium-based alloys are characterized by greater density and lower strength.

Испытание на изгиб соединений с удо5 влетворительным формированием швов (примеры № 4, 5, 6, 8, 11) показало их высокую пластичность. Трещины зарождались в основном металле или зоне термического вли ни  наименее пластичного сплава ВТ6СThe bend test of joints with satisfactory formation of seams (examples No. 4, 5, 6, 8, 11) showed their high plasticity. Cracks originated in the base metal or heat-affected zone of the least ductile alloy VT6C

o (рис 3,4). При использовании в качестве вставки ниобиевого сплава 5ВМЦ образцы с поперечным соединением имели высокую прочность. Разрушение их при раст жении происходило по основному металлу вставки при напр жени х 590 МПа ()o (rice 3.4). When used as an insert for the 5VMC niobium alloy, the samples with cross connection had high strength. Their destruction during stretching occurred on the base metal of the insert at voltages x 590 MPa ()

5 505 МПа (20°С) и 425 МПа (150°С).5,505 MPa (20 ° С) and 425 MPa (150 ° С).

Таким образом, способ позвол ет сварить состыкованные по толщине элементы их разнородных металлических материалов,Thus, the method makes it possible to weld elements of dissimilar metallic materials joined in thickness

0 одним из которых  вл етс  никелид титана, обладающий высокой демпфирующей способностью , термомеханической пам тью, стойкостью против износа и коррозии в агрессивных средах, а другим - титановый сплав.One of these is titanium nickelide, which has a high damping capacity, thermomechanical memory, resistance to wear and corrosion in corrosive environments, and the other is a titanium alloy.

5 Способ достаточно универсален в св зи с его принципиальной пригодностью дл  изготовлени  детали с элементами, выполненными из других KOHctpyKTHBHbix металлических материалов таких как стали сплаQ ВОВ циркони  и других тугоплавких металлов . Способ позвол ет экономно использовать дефицитный и дорогосто щий (60- 100 руб. за 1 кг заготовки) никелид титана, так как делает возможным из этого материала изготавливать не всю деталь, а только5 The method is quite versatile due to its principal suitability for the manufacture of a part with elements made of other KOHctpyKTHBHbix metallic materials such as alloyed steel, high-alloy steel, zirconium and other refractory metals. The method allows economical use of scarce and expensive (60-100 rubles per 1 kg of billet) titanium nickelide, since it makes it possible to manufacture not all of the material from this material, but only

5 ее активную часть, герметично и надежно соединенную с элементами, состовл ющими остальную часть детали.5, its active part, tightly and securely connected to the elements making up the rest of the part.

Claims (1)

СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ, одним из которых является титан, с использованием промежуточной вставки из ниобия, отличающийся тем, что, с целью повышения качества при сварке титана с никелидом титана путем обеспечения 5—25% ниобия в шве ниобий-нйкелид титана, вставку берут шириной в 2—5 раз больше толщины свариваемых металлов и приваривают ее вначале к титану, а затем к никелиду титана, смещая при этом дугу от оси шва на никелид титана, а температуру ванны расплава никелида титана в зоне его контакта со вставкой поддерживают в интервале между 10°С выше температуры солидуса и 100°С выше температуры ликвидуса в течение 2—120 с.METHOD OF MELTING WELDING WITH DISSEMBLE METALS, one of which is titanium, using an intermediate niobium insert, characterized in that, in order to improve quality when welding titanium with titanium nickelide by providing 5-25% of niobium in the weld niobium-titanium nickelide, the insert is taken 2-5 times wider than the thickness of the metals being welded and first welded to titanium and then to titanium nickelide, while shifting the arc from the weld axis to titanium nickelide, and I maintain the temperature of the bath of molten titanium nickelide in the zone of contact with the insert in the range between 10 ° C above the solidus temperature and 100 ° C above the liquidus temperature for 2-120 sec.