Цирконий и его конструкционные сплавы хорошо деформируются и свариваются. По физическим свойствам сплавы близки к титановым. Для обеспечения достаточной работоспособности деталей и узлов из циркониевых сплавов, а также улучшения их специальных свойств возникает необходимость сварки циркония с другими сплавами, например со сталями. Однако в процессе эксплуатации сталециркониевых соединений при повышенных температурах могут ухудшаться их прочностные характеристики вследствие образования на границе раздела металлов хрупких интерметаллических прослоек, поэтому целесообразным будет использование аппарата контактной сварки.
С целью прогнозирования длительной работоспособности сталециркониевых соединений, полученных сваркой взрывом, исследована кинетика роста в них интерметаллидов при нагревах. Для этого использовали общепринятую методику: сваренные образцы выдерживали в печи при фиксированной температуре в течение различного времени. Интервал исследованных температур составлял 700— 900 °С, время выдержки 20 мин — 5 ч. Из каждого испытанного образца изготовляли микрошлифы, на которых при тысячекратном увеличении сравнивали толщины прослоек до нагрева и после него.
Часть образцов использовали для механических испытаний сварных соединений на отрыв слоев после нагрева.
Установлено, что рост диффузионной прослойки для каждой из исследованных температур подчиняется параболическому закону. Энергия активации, определенная для сваренных взрывом соединений стали 12Х18Н10Т с цирконием, составила 88 ± 1 кДж/моль.
Образующаяся в результате высокотемпературных нагревов интерметаллическая прослойка толщиной до 5 мкм мало влияет на прочность сталециркониевых соединений и является предельно допустимой. Большая толщина прослойки приводит к резкому снижению прочности. Если считать допустимым за время эксплуатации образование прослойки толщиной, например, до 2 мкм, то работоспособность сталециркониевых соединений при температуре 300 °С составит 20 лет, а при 350 °С — до 5,5 лет.
В настоящее время нередко стальные части конструкций с циркониевыми соединяют механическими способами, приемлемыми для работы соединений при температуре до 200—250 °С. Повышение рабочей температуры и давления приводит к потере герметичности соединений.
Один из наиболее рациональных методов сварки давлением сталециркониевых соединений — совместное горячее прессование, позволяющее снизить необходимую степень термической активации свариваемых поверхностей за счет большой пластической деформации, уменьшить время протекания процесса образования металлической связи в зоне соединения. Сущность метода поясняется схемами прессования сплошной и трубной заготовок в вакууме.
17 апреля 2013
