Режим сварки молибдена в среде аргона с примесью кислорода

Зависимость температуры полностью хрупкого разрушения (т. е. разрушения без заметной пластической деформации) от содержания кислорода в атмосфере сварки. Из ее рассмотрения видно, что вначале указанная температура повышается заметно, а затем, при содержании кислорода более 0,1%, повышение замедляется. При содержании кислорода более 0,1% часто образуются горячие центральные трещины, так что в этом случае характеристика по излому не имеет практического значения. Представлена связь между содержанием кислорода в атмосфере сварки и кислородом, поглощенным молибденом в процессе сварки. Зависимость между содержанием кислорода в сварном шве и его пластичностью. Центральная кривая учитывает возможную поправку влияния величины зерна на температуру разрушения, соответствующую прогибу в 12,5 мм. Из приведенных данных следует, что пластичность сварного шва тесно связана с количеством кисло-рода, поглощенным при сварке. Расположение точек для несваренного рекристаллизованного металла показывает, что при увеличении размеров зерен температура разрушения, соответствующая прогибу 12,5 мм, повышается.

Понижение температуры хрупкого разрушения при уменьшении содержания кислорода в сварном шве можно объяснить влиянием пленок по границам зерен, наличие которых установлено в исследованиях, выполненных в Массачусетском технологическом институте и институте им. Баттела . Эф-фективность влияния таких пленок на температуру хрупкого разрушения связана с размером зерен в сварном шве. Кривая хрупкого разрушения показывает снижение критической температуры хрупкости с уменьшением содержания кислорода в сварном шве. При содержании кислорода в сварном шве 0,0085% температура хрупкого разрушения составляет 38°, а при содержании 0,0015% О сварный шов не является полностью хрупким даже при —108°. Рассмотрение совместного влияния величины зерен и толщины окисной пленки позволяет объяснить изменение критической температуры хрупкости. Если принять, что зерна в зоне сварки имеют цилиндрическую форму и оси, этих зерен находятся под углом 45° к плоскости листа.

Стрела прогиба в за-висимости от температуры испытания молибдена, полученного методом дуговой плавки (сварка в атмосфере аргона, содержащего 0,1% кислорода).

Это уравнение можно упростить, исключая из знаменателя член 28р С как сравнительно небольшой по величине и заменяя постоянные.

Стрела прогиба

в зависимости от температуры испытания молибдена

Стрела прогиба в зависимости от температуры испытания молибдена, отожженного до сварки при температуре 1200° в течение 1 часа (сварка в атмосфере аргона, содержащего различное количество кислорода).

Предел пропорциональности (расчетные данные, отнесенные к внешним волокнам) в зависимости от температуры испытания (сварка в атмосфере, содержащей кислород).

Первое из них близко к содержанию кислорода в исходном 5 молибденовом листе, второе учитывает повышение кислорода за счет §. поглощения из атмосферы сварки. Таким образом, для случая, когда содержание кислорода равно 0,004%, и d = 0,075 см, толщина пленки составит 47-10~8см, если принять, что все окислы находятся на границах и образуют непрерывную пленку. При разрешающей способности увеличение в 5-Ю"6 пленка такой толщины не обнаруживается вплоть до увеличения в 2000 раз. Однако вредное влияние окисной пленки уменьшается при снижении содержания кислорода до 0,002%. Можно считать, что если содержание кислорода в металле меньше этой величины, температура перехода приближается к той, которая характерна для рекристал- лизованного, не подвергавшегося сварке молибдена. 

Учитывая размер зерна в области сварки и толщину окисной пленки, которая вызывает хрупкое разрушение металла, можно определить требования к атмосфере сварки в отношении содержания в ней кислорода. Если, например, содержание кислорода в атмосфере равно 0,002%, а величина зерна — 0,025 см, опасность хрупкого разрушения металла снижается с уменьшением величины зерна. Чтобы избежать хрупкого разрушения металла с крупным зерном, содержание кислорода в атмосфере должно быть менее 0,003%. Однако если хрупкое разрушение определяется наличием крупных зерен (что вполне вероятно, так как допускаемое содержание кислорода снижается с увеличением размеров зерен при данной толщине пленки) то следует использовать кривую для р = 4,5. Допускаемое содержание кис-лорода при d = 0,075 см составляет 0,004%, а для d = 0,025 см — 0,04%.

Важно заметить, что, если тем или иным способом снизить размер зерен в зоне сварки, допускаемое содержание кислорода в атмосфере сварки может быть повышено.

содержание кислорода в сварном шве

напряжение хрупкого разрушения, согласно кривой, уменьшается

У большинства металлов с объемнодентрированной кубической решеткой предел пропорциональности при понижении температуры повышается. Сварной шов молйбдена также следует этому общему . Напряжения при пределе пропорциональности рассчитаны из уравнений изгиба и относятся к внешним волокнам образцов. Эта кривая повторена с нанесенными точками хруп-кого разрушения сварных образцов, полученных при сварке в атмосфере с различным содержанием кислорода. Как видно из расположения точек при увеличении содержания кислорода в атмосфере сварки, предел прочности при хрупком разрушении понижается в соответствии с кривой предела пропорциональности. Из приведенных данных следует, что если содержание кислорода в атмосфере повышается, то повышается и температура хрупкого разрушения соответственно функции, представленной зависимостью предел пропорциональности — температура испытания.

Если содержание кислорода в сварном шве повышается, то напряжение хрупкого разрушения, согласно кривой, уменьшается. Верхняя точка на этой кривой относится к неподвергавшемуся сварке молибдену в рекристаллизованном состоянии.

Исследование предела пропорциональности для сварных соединений с известным содержанием кислорода показывает, что наличие кислорода вызывает более ранний подъем кривой предел пропорциональности—>температура. Следует, что при более низком содержании кислорода предел пропорциональности начинает расти при более низкой температуре. Наиболее низкое значение кислорода в сварном шве составляет 0,0015%. Однако наклон кривой предела пропорциональности является, по-видимому, функцией и ряда других факторов.

Данные о влиянии кислорода на предел пропорциональности и напряжение хрупкого разрушения показывают, что при увеличении его содержания в сварном шве напряжение хрупкого -разрушения понижается. Эти же данные показывают, что температура, при которой наблюдается хрупкое разрушение, повышается соответственно пределу пропорциональности.

Температура начала роста предела пропорциональности зависит от содержания кислорода в сварном шве, а эффективность влияния кислорода на предел пропорциональности — от размеров зерен. Это влияние отмечено для рекристаллизованного материала (что при достижении значения, отвечающего температуре —18°, предел пропорциональности остается практически постоянным. Размер зерен в исходном рекристаллизованном молибдене значительно меньше, чем величина зерен в зоне сварки. Таким образом, температура хрупкого разрушения связана с содержанием кислорода в сварном шве и размером зерен через предел пропорциональности.

Поверхность изломов

сварка которых производилась в атмосфере, содержащей различное количество кислорода

Поверхность изломов изучалась на образцах, сварка которых производилась в атмосфере, содержащей различное количество кислорода от 0,02 до 0,30 %, и которые были разрушены при испытании на изгиб. Исследование показало, что излом начинается преимущественно по границам зерен. Из общего числа 62 исследованных образцов 57 имели начало трещин по границам зерен, один — по зерну и четыре образца имели неопределенный излом. Образцы, сваренные в атмосфере с относительно высоким содержанием. кислорода, имели полностью межкристаллический излом. Излом более чем половины исследованных образцов был транскристаллическим, хотя и начинался на границах зерен. Количество образцов с транскристаллическим изломом увеличивается с повышением температуры испытания. Изучение изломов подтвердило, что прочность сварных швов является функцией прочности по границам зерен. Границы зерен—-наиболее слабое место материала, и если предел пропорциональности увеличивается при понижении температуры испытания, то границы зерен, имеющие наиболее толстую пленку, разрушаются первыми.

Итак, можно считать установленным, что наличие кислорода в сварном шве уменьшает его пластичность. При этом понижение пластичности в основном связано с образованием пленок на границах зерен. Таким образом, снижение влияния кислорода на пластичность сварного соединения до минимума должно сопровождаться уменьшением образования пленок по границам зерен. Два фактора определяют влияние кислорода на пластичность сварного шва: концентрация кислорода и величина зерен в сварном шве. Содержание кислорода в сварном шве можно снизить до минимума применением атмосферы сварки с возможно низким содержанием кислорода. Влияние указанного фактора на величину зерна . Имея в виду это влияние, уменьшение величины зерна в сварном шве требует присадки к молибдену некоторых веществ, ограничивающих рост его зерен при сварке. Титан, образующий нелетучие окислы при температуре сварки и не смачивающий границы зерен, является металлом, вполне подходящим для этой цели. Окислы титана образуют глобулярные частицы, способствующие получению мелкого зерна в сварном шве при его затвердевании. Поэтому для сварки можно вполне уверенно рекомендовать молибден, раскисленный титаном.