Джур Є.О., Фесенко А.Г., Мамчур С.І., Бунчук О.Ю., Убизький М.М.

Дніпропетровський національний університет

ОСОБЛИВОСТІ ОДЕРЖАННЯ СТАЛЕАЛЮМІНІЄВИХ ПЕРЕХІДНИКІВ ЗВАРЮВАННЯМ ВИБУХОМ

Біметали являються самостійною групою матеріалів, що дозволяють поєднувати найбільш цінні властивості металів які вони мають: високу пластичність з високим опором дії агресивних середовищ, високу міцність з доброю електропровідністю і т.д. Розробка технології одержання сталеалюмінієвих торцевих конічних перехідників дозволяє створити більш надійні в експлуатації магістральні трубопроводи, зменшити їх масу, спростити конструкцію. Для отримання якісного біметалевого з'єднання із різнорідних матеріалів: 12Х18Н10Т та АМг6, які володіють різними механічними та фізико-хімічними властивостями розглянемо існуючі способи зварювання. Згідно діаграми стану Fе-А1, при дифузійних процесах утворюються інтерметалідні з'єднання, які окрихчують зону контакту цих матеріалів, цей фактор є одним з головних, обумовлюючих вибір методу з'єднання матеріалів. Другий фактор - розміри кілець, що з'єднуються (діаметр 89мм). Перший фактор виключає усі види зварювання у рідинній фазі. Тому вибір методу необхідно робити з розглядання методів зварювання у твердій фазі. При холодному зварювані зі збільшенням площини перерізу поверхонь, що з'єднуються зростає руйнівне навантаження і зменшується міцність. Зварювання ультразвуком не застосовують до наданого випадку також із-за масивності виробу. Зварювання тертям могло би підійти, так як при цьому виді зварювання усі окисні і адсорбційні плівки видаляються зі стику завдяки деформуванню металу у радіальних напрямках. Щільний контакт між поверхнями тертя перешкоджає утворенню оксидів у процесі зварювання. Це дуже важливо для сплаву Амг6, на поверхні якого завжди присутня окисна плівка.. Розрахунки показали, що застосовувати цей процес до зварювання суцільного перерізу діаметром більш на 200 мм недоцільно.

При дифузному зварюванні температура нагріву повинна забезпечити дифузійні процеси, які приводять до схоплення поверхні. Так як температура плавлення 12Х18Н10Т=1350С°, а АМгб=640С°, то оптимальною температурою буде температура нижче підплавлення АМг6. Але така температура не забезпечить дифузійні процеси у 12Х18Н10Т, так як для цієї сталі вона недостатня. Високочастотне зварювання дозволяє зварювати трубу з високоактивних металів, жароміцних сталей і сплавів. Але нагрів приведе до розплавлення сплаву АМг6, тому цей спосіб є також недоцільним. Найбільш доцільним способом є зварювання вибухом. Зварювання вибухом е одним з найбільш перспективних способів з'єднання металів у твердій фазі, характерною особливістю якого є короткочасність процесу (біля 10 секунд), великий градієнт тиску у зоні контакту і супроводжуюче його підвищення температури, у наслідку чого можливе оплавлення матеріалу. Як приклад розглянемо особливості отримання біметалевих перехідників виготовлених із сталі 12Х18Н10Т і сплавом АМг6. Для одержання даного типу перехідників доцільно використовувати зварювання вибухом з внутрішнім плакитуванням. Відомо що, при безпосередньому з'єднанні 12Х18Н10Т - АМг6 в зоні зварювання утворюються інтерметалідні фази, які являються досить твердими, легкоплавкими та крихкими і тому вони не забезпечують надійне з'єднання по всьому перерізу заготівки. У зв'язку з цим необхідно було введення проміжного слою, до якого пред'являються такі вимоги: він повинен бути пластичним; він не повинен вводити нових елементів в структуру 12X18Н10Т і Амг6; він повинен утворювати тверді розчини з Fe і Mg. Вказаним вимогам відповідає сплав АД1 (його товщина дорівнює 1мм). Спочатку до зварювання вибухом готується біметалева заготівка 12X18Н10Т - АД1 методом внутрішнього плакитування (АД1 знаходиться зсередини). Так як матеріали, що з'єднуються, практично не володіють взаємною розчинністю, їх з'єднання з виходом на якісну заготівку є складним технологічним завданням. Якщо у процесі зварювання будуть мати місце дифузійні процеси, то якість зони з'єднання 12Х18Н10Т - АД1 не буде задовольняти пред'явленим вимогам, так як інтерметаліди будуть окрихчувати структуру.

Якщо зона контакту 12Х18Н10Т - АД1 буде представлена хімічним з'єднанням представленим суцільним шаром, то відбудеться розтягування сплавів по цій зоні із-за низьких механічних властивостей хімічних з'єднань. Враховуючи специфіку зварювання вибухом, можна припустити, що швидкість процесу не дозволить активно розвиватися дифузійним процесам, які приведуть до утворення перелічених результатів. Таким чином, зварювання вибухом дозволяє отримувати зварювані з'єднання у твердій фазі без утворення проміжних хімічних складових між різнорідними металами і сплавами. Нанесення слою АД1 на заготівку 12Х18Н10Т відбувається в такій послідовності: патрубки зі сталі 12Х18Н10Т, попередньо затавровані порядковим номером на початку труби і АД1 збираються у пари за допомогою двох фланців, які відцентровують; місця прилягання фланців до патрубків герметизуються спеціальною пастою; підготування зарядів вибухової речовини (зварювання контактних поверхонь АД1 та сталі 12Х18Н10Т здійснюється сумішшю аміачної селітри і тротилу у процентному співвідношенні по вазі ); виконується зварювання вибухом.

Нанесення шару Амг6 на біметалеву заготівку 12Х18Н10Т-АД1 проводиться наступним чином: підготування біметалевої пари трубної заготівки 12Х18Н10Т-АД1; збирання пари трубної заготівки 12Х18Н10Т-АД1; підготування зарядів вибухової речовини (зварювання сплаву АМг6 та сплаву АД1 здійснюється сумішшю аміачної селітри та тротилу у процентному відношенні по вазі ); зварювання вибухом. Після одержання трубні заготівки 12Х18Н10Т-АД1-АМг6 підлягали термообробці при температурі 380°С протягом 1,5 години і охолодженню на повітрі.

Як показали механічні випробування і металографічні дослідження, одержані за даною технологією трубні біметалеві з'єднання мають задовільні механічні властивості і в зоні зварювання відсутні будь-які дефекти.