На рис. 51 представлена зависимость изменения краевого угла сма-* чивания в вакууме ниобия жидкой медью при температуре нагрева ниобия от 293 до 1873 К. Видно, что удовлетворительное смачивание для пары ниобий — медь в условиях, приближенных к ЭЛС, имеет место при температуре подогрева ниобия выше 1273 К (краевой угол смачивания не более 90°).

Смачивание ниобия и титана расплавом титана или стали. Извест-» ио, что образование качественного соединения титан — сталь возможно только при условии предотвращения непосредственного взаимодействия титана со сталью из-за опасности возникновения хрупких ме-таллидов (интерметаллидов, карбидов). В литературе известны различные способы предупреждения образования металлидов. Наиболее распространено использование промежуточных покрытий или прокладок, обладающих хорошей свариваемостью с титаном и сталью. Наиболее широко используют ставшую уже классической схему соединения, при которой между титаном и сталью прокладывают ниобий и медь. При взаимодействии ниобия с титаном образуются непрерывные твердые растворы в широком диапазоне концентраций. С другой стороны, для предотвращения образования интерметаллидов и карбидов при взаимодействии ниобия со сталью при прямой схеме взаимодействия необходимо соединять ниобий со сталью промежуточным металлом (сплавом), хорошо сваривающимся как с ниобием, так и со сталью. Чаще всего в качестве такого металла используются медь или сплавы на ее основе. При этом характер взаимодействия меди с ниобием и железом (остова стали) описывается диаграммой состояния, характеризующейся ограниченной растворимостью компонентов.

При сварке-пайке, как известно, более легкоплавкий металл, нагретый до плавления, выполняет роль припоя и заполняет некапилляр-шй зазор между разнородными металлами. Однако такая схема процесса ограничивает возможности способов, затрудняя соединение разнородных металлов толщиной более 2—3 мм. Поэтому в работе [3101 исследована схема процесса сварки-пайки, при которой соединяемые металлы не расплавляют, а нагревают до температуры смачивания их расплавом, образующимся при плавлении присадочных проволок заданного состава и выполняющим роль припоя. При использовании такой схемы процесса можно соединять разнородные металлы в широком диапазоне толщин.

Важной стадией процесса сварки-пайки по предложенной схеме является стадия установления физического контакта при смачи-

Рис. 51. Зависимость краевого угла смачивания в вакууме ниобия медыо от температуры подогрева ниобия.

вании твердого основного металла расплавом присадочной проволоки.

Для выявления основных закономерностей смачивания титана, ниобия и стали расплавом меди использовали методику лежащей капли. Эксперименты проводили в вакуумной установке, оснащенной различными источниками нагрева (электрической дугой с горячего полого катода, высокочастотного, сопротивлением). В качестве основного металла использовали титан ОТ4-0, ниобий ВН2, сталь 20, проволоку из электротехнической меди и титана ВТ1-0 диаметром 2 мм.

Взаимодействие оценивали по краевому углу смачивания. Анализ-полученных результатов показал, что и ниобий, и титан смачиваются расплавом титана практически при одной и той же температуре предварительного подогрева поверхности 1723—1773 К- При этой температуре расплав титана не только хорошо смачивает титан и ниобий, ной успевает заполнить зазор шириной 0,2—0,5 мм. При такой температуре краевой угол смачивания составлял 40—45°. Оценки работы адгезии и экспериментальные результаты подтверждают высокую прочность сцепления затвердевших капель титана с титаном и ниобием.

Несколько иная картина наблюдалась при смачивании ниобия и стали расплавом меди. Если смачивание стали 20 расплавом меди наблюдается уже при 973 К, а процесс характеризуется краевым углом смачивания 30—35° и хорошей адгезией меди к стали, то при взаимодействии расплава меди с ниобием даже при 1273 К смачивание не происходит, а краевые углы незначительно отличаются от 90°. Лишь подогрев ниобия до 1473—1523 К приводит к улучшению смачивания и растекания меди по ниобию. При этом краевые углы смачивания при 1373 К имеют величину 52°, при 1473 К — 32°, при 1573 К — 30°.

Таким образом, в случае соединения титана со сталью через прокладку из ниобия ВН2 возможно образование соединения путем выполнения «титанового» (титан — ниобий) и «медного» (ниобий — сталь) швов.

В связи с необходимостью сварки двух швов определим последовательность их выполнения.

На основании результатов исследований по смачиваемости качественный «титановый» шов образуется при смачивании основного металла (титан — ниобий), подогретого в месте контакта до 1723 К. Темпера» тура плавления «медного» шва соизмерима с температурой плавления меди. Если в начале выполнить «медный» шов, то в результате перегрева возможны нарушения его сплошности. Поэтому в дальнейших исследованиях принята такая последовательность выполнения швов, когда первым выполняют «титановый» шов, а затем — «медный».

Исследования по сварке-пайке титана со сталью через ниобиевую прокладку показали, что «титановый» шов следует выполнять с расплавлением титановой проволоки, находящейся под потенциалом изделия, электрической дугой с полого катода в вакууме на режимах, приведенных в табл. 6.

Детали под сварку-пайку нагревали токами высокой частоты до 1073—1173 К, а необходимая температура в контакте (1723—1773 К) достигается за счет перегретого расплава титановой проволоки и по-