Исследование и разработка технологии гелиеводуговой сварки неплавящимся электродом тонколистовых элементов из сплавов типа хромаль

• Автор: Власов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 169 с. : ил.

Глава 1. Металлургические, теплофизические и технологические особенности сварки сплавов типа хромаль (литературный обзор)

1.1. Сплавы системы железо-хром-алюминий и их свариваемость

1.2. Тепловые процессы при сварке тонколистовых однофазных сплавов

на основе железа

1.2.1. Влияние термического цикла сварки на структуру металла околошовной зоны сварных соединений
1.2.2. Влияние термического цикла сварки на процессы кристаллизации металла сварных швов

1.3. Технологические аспекты сварки сплавов системы железо-хром-алюминий

1.3.1. Анализ способов сварки сплавов типа хромаль

1.3.2. Пути и способы повышения тепловой эффективности дуги с неплавящимся электродом

1.3.3. Проблемы удаления поверхностных оксидных пленок

1.3.4. Вопросы стойкости неплавящихся электродов

Выводы к главе
Цель и задачи исследования
Глава 2. Материалы, оборудование и методы исследования
2.1. Материалы
2.2. Методы исследования электрофизических свойств дуги
2.3. Методы исследования тепловых процессов
2.4. Методы исследования стойкости неплавящихся электродов, структуры и свойств сварных соединений
2.5. Методы обработки результатов экспериментов
Выводы к главе
Глава 3. Исследование электрофизических характеристик и строения малоамперной дуги с неплавящимся электродом в гелии
3.1. Статические характеристики дуги
3.2. Приэлектродные падения потенциала
3.3. Стойкость неплавящихся электродов при сварке малоамперной дугой
в гелии
3.4. Форма и строение столба дуги
Выводы к главе
Глава 4. Тепловые процессы при сварке хромал ей малоамперной дугой в гелии
4.1. Энергетические характеристики дуги
4.2. Термические циклы сварки
4.3. Влияние тепловых условий процесса сварки на геометрические размеры, структуру и механические свойства сварных соединений . . . .127 Выводы к главе
Глава 5. Разработка технологии гелиеводуговой сварки элементов сопротивления ускорителя трамвая
5.1. Разработка способа сварки в инертных газах с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния
5.2. Технология восстановления с помощью сварки элементов
сопротивления ускорителя трамвая
Выводы к главе
Общие выводы
Литература
Приложение
Прецизионные железохромоалюминиевые сплавы с высоким электрическим сопротивлением типа хромаль применяются в промышленности в качестве материала пусковых, тормозных и регулировочных реостатов в цепях тяговых электродвигателей на электротранспорте, резисторов измерительных приборов, нагревательных элементов промышленных и лабораторных электрических печей, бытовых приборов и аппаратов теплового действия, а также в конструкциях, требующих сочетания высокой жаростойкости с хорошими механическими свойствами, например, кромок воздухозаборников гиперзвуковых реактивных двигателей. Данные сплавы характеризуется более высокими, по сравнению с нихромами, удельным электрическим сопротивлением, жаростойкостью и рабочими температурами, стабильностью электрических характеристик в зависимости от температуры. Кроме того, отсутствие в составе дорогостоящего никеля делает их применение экономически более целесообразным, особенно в узлах оборудования малых и средних предприятий.
Изготовление конструкций, содержащих детали из указанных сплавов, требует в ряде случаев применения сварочных технологий. Кроме того, тяжелые условия эксплуатации (высокие рабочие температуры, большое количество теплосмен, окислительные атмосферы, вибрационные нагрузки на транспорте) приводят к образованию различных дефектов, большинство из которых могут быть исправлены сваркой. Наличие однофазной структуры тройного аз-твердого раствора, не претерпевающей полиморфных превращений при нагреве и охлаждении, обуславливает высокую склонность хромалей к перегреву под воздействием термического цикла сварки, что приводит к резкому снижению механических свойств металла. Помимо этого, плотная поверхностная окисная пленка, состоящая более чем на 98% из оксида алюминия А1203, существенно препятствует сплавлению свариваемых кромок, а также является причиной непроваров и неметаллических включений в металле шва. Хромалевые элементы сопротивления чаще всего выполняются в виде ленты толщиной от

Глава
1.3.4. Вопросы стойкости неплавящихся электродов
Качество соединений, получаемых при сварке неплавящимся электродом, в значительной степени зависит от состояния рабочего участка последнего. Нарушения исходной геометрии рабочего участка приводят к снижению пространственной устойчивости дуги, изменению теплового и силового воздействия на свариваемый металл. Разрушение вольфрамовых электродов в процессе сварки является причиной вольфрамовых включений в сварных швах. В связи с изложенным, выбор конструкции и конструктивных параметров неплавя-щегося электрода является немаловажным аспектом разработки технологий сварки в инертных газах.
Большинство авторов выделяют четыре вида разрушения вольфрамовых электродов при сварке: оплавление, эрозия, образование на рабочем участке электродов наростов различной формы или так называемой «короны», представляющей собой располагающееся на некотором расстоянии от зоны привязки дуги кольцо из дендритовидных кристаллов. В свою очередь по расположению участков электрода, наиболее подверженных разрушению, можно выделить два вида оплавления, а именно оплавление рабочего участка и разрушение на вылете. Причиной оплавлений являются неблагоприятные тепловые условия работы электродов, причем с ростом плотности протекающего через электрод тока повышается вероятность разрушения электрода на вылете, что объясняется изменением теплового баланса рабочего участка и смещением зоны максимальных температур от рабочего торца в сторону цанги [54]. Данному виду разрушения в большей степени подвержены электроды из чистого вольфрама [80].
В качестве причины эрозионного разрушения называется выход на поверхность электрода паров, образующихся при диссоциации активирующих присадок [81, 82].
В отличие от коронообразования, которое объясняется испарением вольфрама с поверхности электрода на участках с максимальными температурами и последующей его конденсацией в более холодных областях [81-83], об-