Исследование влияния дефектов электронно-лучевой сварки на процессы разрушения титановых сплавов

Изучению возникновения пор при сварке титана посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых, но о причинах и условиях порообразования до настоящего времени не было единого мнения. Обзор достижений в области исследований порообразования показал, что проблему появления макропор, достигающих 0,1 мм, исследовали А.А. Ерохин, В.В. Фролов, Г.Д. Никифоров, С.М. Гуревич, В.Н. Замков, В.И. Муравьёв, Б.И. Долотов, П.В. Бахматов и др. Однако современные рентгеновские аппараты при технологическом контроле неразъемных соединений, созданных электронно-лучевой сваркой, фиксируют специфический дефект (так называемые темные полосы), затрудняющий оценку качества неразъемных соединений ввиду его отсутствия в нормативно-технической документации. Выявление причин возникновения специфических дефектов и их влияние на свойства конструкций, выполняемых электронно-лучевой сваркой титановых сплавов, является актуальной задачей. Приведены результаты исследований влияния специфических дефектов электронно-лучевой сварки титановых сплавов ВТ20 и ВТ23 на характер разрушения (при статических и динамических нагружениях) и изменение механических свойств сварных соединений. Установлено, что специфические дефекты, образующиеся при электронно-лучевой сварке, существенно влияют на прочностные свойства сварных соединений и стадийность их разрушения. Определено, что наличие дефектов сварки непроваров, остаточных напряжений и пор в зоне сплавления, выплесков без образования соединения и др. способствуют появлению субмикротрещин, которые приводят к хрупкому разрушению сварных соединений. Наличие специфических дефектов в неразъемных соединениях, выполненных электронно-лучевой сваркой, ведет к пониженным прочностным свойствам и практически к полному отсутствию таких характеристик, как удлинение и сужение. Обнаружено, что термическая обработка улучшает качество сварных соединений.

Литература

[1] Редчиц В.В., Фролов В.А., Казаков В.А., Лукин В.И. Пористость при сварке цветных металлов. Москва, Технология машиностроения, 2002. 488 с.

[2] Муравьёв В.И. Проблемы порообразования в сварных швах титановых сплавов. Металловедение и термическая обработка металлов, 2005, № 7, с. 31–37.

[3] Муравьёв В.И., Бахматов П.В. Обеспечение надежности конструкций из титановых сплавов. Москва, Технология машиностроения, 2002. 448 с.

[4] Васильев А.А., Ерофеев В.А., Судник В.А. Теория формирования корневых пустот при электронно-лучевой сварке. Известия ТулГУ. Технические науки, 2015, вып. 6, ч. 2, с. 43–51.

[5] Папуша А.Г., Андреев А.Н. Анализ дефектов в сварных соединениях, выполненных электронно-лучевой сваркой. Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Матер. XIII Междунар. науч.-практ. конф., Красноярск, 10–14 апреля 2017, Красноярск, СибГУ им. М.Ф. Решетнёва, 2017, т. 1, с. 424–426.

[6] Успенский Н.В., Богданов В.В. Предупреждение появления корневых дефектов при электронно-лучевой сварке. Современные проблемы машиностроения. Сб. науч. тр. VII Междунар. науч.-техн. конф., Томск, 11–13 ноября 2013, Томск, ТПУ, 2013, с. 219–221.

[7] Башенко В.В., Вихман В.Б. Состояние и перспективы развития электронно-лучевой сварки. Технологии и оборудование электронно-лучевой сварки. Матер. I Санкт-Петербургской Междунар. науч.-техн. конф., 19–22 мая 2008, Санкт-Петербург, ВиТ-Принт, 2008, с. 5–21.

[8] Вихман В.Б., Козлов А.Н., Маслов М.А. Преимущества и недостатки электронного луча при сварке по сравнению с лазером и электрической дугой. Докл. III Санкт-Петербургской Междунар. науч-техн. конф., 24–26 июня 2014, Санкт-Петербург, Изд-во Политехн. ун-та, 2014, с. 4–19.

[9] Masny H. Multi-beam technology in electron beam welding. ISFF – Welding and Joining Institute, 2006, vol. 34, pp. 1–4.

[10] Zenker R. Modern thermal electron beam process — research results and industrial application. Metallurgia Italiana, 2009, iss. 4, pp. 1–8.

[11] Григорьев В.В., Муравьёв В.И., Бахматов П.В. Исследование возникновения специфических дефектов электронно-лучевой сварки (ЭЛС) титановых сплавов. Сварочное производство, 2019, № 4, с. 36–42.

[12] Горынин И.В., Чечулин Б.Б. Титан в машиностроении. Москва, Машиностроение, 1990. 400 с.

[13] Долотов Б.И., Муравьёв В.И., Марьин Б.Н., Иванов Ю.Л., Макаров К.А. Перемешивание металла в ванне при сварке погруженным вольфрамовым электродом. Сварочное производство, 1998, № 2, с. 15–16.

[14] Муравьёв В.И., Бахматов П.В., Плетнев Н.О., Дебеляк А.А. Влияние напряженного состояния на структуру и свойства при сварке конструкций из сталей и сплавов. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2016, т. 59, № 4, с. 251–255.

[15] Муравьёв В.И., Бахматов П.В. Доминирующие факторы образования поверхности раздела, вызывающие капиллярную конденсацию загрязнений и дефектность металла шва титановых конструкций. Сварка и диагностика, 2016, № 3, с. 11–16.

[16] Долотов Б.И. Сварка погруженным вольфрамовым электродом. Москва, Машиностроение, 2004. 208 с.

[17] Назаренко О.К., Истомин Е.И., Локшин В.Е. Электронно-лучевая сварка. Харьков, Машиностроение, 1985. 127 с.

[18] Трушников Б.Н., Саломатова Е.С., Беленький В.Я., Колева Е.Г., Младенов Г.М. О температуре в канале проплавления при электронно-лучевой сварке. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2013, т. 15, № 6(2), с. 505–511.

[19] Варушкин Д.Н., Трушников Д.Н., Беленький В.Я., Пермяков Г.Л., Сивков А.А., Метелев А.В. Модель формирования сигнала для контроля сквозного проплавления при электронно-лучевой сварке. Известия ТулГУ. Технические науки, 2015, вып. 6, ч. 2, с. 244–251.

[20] Муравьёв В.И., Бахматов П.В., Лончаков С.З., Фролов А.В. Особенности деформации и разрушения упрочненных высокоуглеродистых сталей после обработки в температурных условиях фазового предпревращения и превращения. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2019, т. 62, № 1, с. 62–72.

[21] Зуев Л.Б., Данилов В.И., Баранникова С.А. Физика макролокализации пластического течения. Новосибирск, Наука, 2008. 328 с.