Сварка титана

Титан — дивный металл. Он выделяется неподражаемым комбинированием параметров: легкость, крепость, устойчивость к коррозии. Более того, титан не отторгается тканями организма человека. Из титаного сплава делают детали самолетов и подводных лодок, элитные велосипеды и протезы. Впрочем обработка титана, а тем более — его сварка сопряжена с конкретными сложностями. Для их преодоления ученые и инженеры разработали и удачно используют специализированные способы сварки титана и его сплавов.

Характерности сварки титана и сплавов на его основе

Титан и его сплавы обладают температурой плавления от 1468 до 1830 ° С. Металл обладает высокой жаропрочностью (до 500 °С ) и высокой устойчивостью к коррозии. Эти сплавы можно закалять, если прибавить в качестве легирующих присадок хром, марганец или ванадий. При этом эластичность материала падает.

Однако при нагревании до 400 ° С поверхностные слои металла становятся химически энергичными и стремятся прореагировать с доступными окислителями, в первую очередь — кислородом и азотом воздуха. Кроме того, при нагревании более 800 °С сплавы показывают предрасположенность к росту зернистости и пористости. Сварка титана должна происходить в условиях отсутствия газов — окислителей.

Способы сварки титана и его сплавов

Взяв во внимание физико-химические свойства, титан и сплавы титана сваривают только электродуговой сваркой.

Главные способы сварки титана:

• в газовой обстановке, с бескислородным флюсовым порошком АН-11;
• электрошлаковый для толстых листов, под флюсом АН-Т2;
• контактный в атмосфере защитных газов.

Во время работы требуется оберегать от окислителей не только зону для работы, но и другую сторону соединения. По этому технология сварки титана учитывает работу в изолированном объеме, заполненном газовой смесью на основе аргона. Защиту выполняют, применяя подкладки или сваривая детали встык.

Операции по подготовке

Для получения крепкого и долговечного шва нужно приготовить свариваемые поверхности. В первую очередь, следует удалить пленку из окислов. Для этого детали тщательно зачищают и обезжиривают с обеих сторон на расстояние в 20 см от линии шва. Проводить чистку и обезжиривание следует в защитных перчатках, предотвращающих попадание потожировых пятен с рук.

Дальше поверхности в течение 10 минут отделывают травильным составом — 35 частей соляной кислоты, 65 частей воды и 50 граммов фторида натрия. Раствор греют до 60-70 °С.

Следом приходит очередь обработки механическим способом — шлифовки щетками из металла и шлифовальной шкуркой №12 до полного убирания заусениц и трещин. Подобно необходимо обработать и присадочную проволоку. Теперь приступаем конкретно к сварке титана и его сплавов.

Технология и режимы сварки

Ручную сварку титана и его сплавов проводят электродами из вольфрама постоянным током обратной полярности. Во время работ используют оснастку и дополнительные устройства, обеспечивающие защиту зоны для работы и нагретой области, прилегающей к шву, и основательных отрезком остывающего шовного материала. Это специализированные продолговатые насадки с соплами для подачи благородных газов, отливы, перфорированные подкладные пластины с газоподачей и т.д. При соединении трубо-проводов трубы наполняют защитным газом внутри.

Ручная дуговая сварка

Ручная аргонодуговая сварка очень часто применяется во время изготовления уникальных изделий или в мелкосерийном производстве, а еще при производстве работ большой сложности, на которые не выходит настроить автомат.

Ручная дуговая сварка

При толщине листа до 3 мм просвет следует ставить от полмиллиметра до полутора, и сваривать можно без добавки присадочной проволки. Во время использования 1,5-миллиметрового электрода и 2-миллиетровой присадочной проволки сварочный ток для листов толщиной 2 миллиметра подбирают около 100 ампер, а для листов в 3-4 мм — ток делают больше до 140 ампер.

Электрод ведут прямо, не раздумывая, а наклонен он обязан быть вперед по ходу шва. Если применяется присадочная проволока, то она должна подаваться постоянно, а электрод ставится перпендикулярно к заготовке.

После окончания шва и выключения электродуги требуется подавать защитные газы еще как минимум полторы — 120 секунд, чтобы позволить последнему участку шва и околошовной зоны остынуть до 400 °С. Подобная защита мешает появлению окислов. Окислившийся шов легко выделяется по оттенку:

• качественный шов — жёлтый (соломенный);
• окислившийся – серо- черный, с переходом в синеву.

Автоматическая сварка

Автоматическая сварка проходит электродами из вольфрама с использованием постоянного тока.

Если применяется неплавкий электрод, то лучше всего использовать прямую полярность. Рекомендованный диаметр сопел горелки, подающих защитный газ, должен быть в границах 12-15 мм.

Розжиг и гашение дуги выполняют не на самой детали, а на размещенных рядом с самим началом шва планках. Связывают это с тем, что в начале и конце работы дуги в ходе переходных процессов возможны броски напряжения, могущие вызвать проплавление важной детали.

Режимы аргонодуговой сварки титана

При сварке титана аргоном работают с металлом толщиной от 0,8 до 3 миллиметров.

Параметры сварки зависят от толщины листа:

• Диаметр электрода 1 -3 мм;
• напряжение 80-130 вольт;
• сила тока 45-220 А;
• скорость ведения электрода 18-22 метров в час;
• расход газа в горелке 6-12 литров за минуту;
• расход в подкладной пластине 3-4 литра за минуту.

Режимы сварки титана под флюсом

При данном варианте линия шва посыпается толстым слоем флюсового порошка. Облако благородных газов образуется по мере сгорания флюсового порошка в огне электродуги и прикрывает как сварочную ванную, так и околошовное пространство.

Схема сварки под флюсом

Метод дает возможность работать с более толстыми деталями – до 5 мм для стыковых и угловых соединений, а при сварке внахлест — только до 3 мм. Ток при этом применяется от 250 до 330 ампер, напряжение работы — 24-38 вольт. Этот способ обеспечивает очень высокую скорость сварки — от 40 до 50 метров в час (практически метр за минуту).

Электрошлаковая сварка титановых сплавов

Данный вариант применяется реже, но дает возможность достичь большой эффективности при соединении заготовок из титановых сплавов с добавкой алюминия и олова. Метод очень энергоемкий, используются трехфазные сварочные источники. Сварочные токи могут достигать полутора тысяч ампер.

Используются пластинчатые электроды сечением 12?60 мм. Они дают возможность получить качественный шов, причем шовный материал по собственным ключевым механическим показателям близок к материалу деталей.

Для прессованных из титаного сплава деталей проводят сварку округлыми 8-миллиметровыми электродами. При этом не получается достичь так же высоких показателей прочности, как для пластинчатых.

Во время работы данным методом не стоит применять плавкие электроды из легированных сплавов, ввиду чрезмерного насыщения прессованного материала сварочными газами.

Контактная сварка титана

При контактной сварке электроды не применяются для разжигания дуги, их назначение — только подвести переменный ток к рабочей зоне. Дуга зажигается конкретно между маленькими зонами деталей, сближаемых между собой под давлением электродов. Метод используется для сварки относительно тонких листов проката в ходе изготовления сосудов, корпусов и т.п.

Контактная сварка бывает:

• стыковая;
• точечная;
• шовная, или роликовая;
• конденсаторная

По данным исследований, самая лучшая скорость оплавления во время работы с большими заготовками должна составлять 2-3 мм/с. Увеличение скорости вызывает понижение характеристик прочности шва, не обращая внимания на аргонную защитную атмосферу.

В ходе подготовки к работам со сваркой кромки заготовок следует отфрезеровать или почистить абразивными материалами. Следует также тщательно обезжирить как линию шва, так и околошовную территорию до 20 см. Потому как титан имеет невысокую теплопроводность, он предрасположен сильно греться. По этому значение осадки ставится на 10-20% больше, чем для конструкционных сталей.

Режимы стыковой сварки титана

Сварочные режимы определяются, в первую очередь, площадью сечения свариваемых заготовок. Метод позволяет сваривать детали сечением от 150 до 10 000 мм 2 . При этом другие характеристики варьируются в зависимости от сечения:

• осадочное давление 2,9-9890 МН/м 2 ;
• вылет 25-200 мм;
• припуск оплавки 8-40 мм;
• припуск осадки 3-15 мм;
• скорость оплавки 6-2,5 мм/сек;
• рабочий ток 1,5-50 А.

Точечная сварка титана

Такой способ дает возможность получить негерметичное соединение листового металла до 4 мм толщины. Она повсеместно используется для корпусов механизмов и защитных кожухом, для сборки самых разных опорных рамок и т.п. Электрод должен быть довольно прочным, чтобы держать значительное усилие сжатия листов. Для сварки протяженных швов с целью увеличения продуктивности применяется несколько электродов, размещенных с тем же шагом, что и точки шва.

Режимы точечной сварки титана определяются толщиной проката:

• толщина листа 0,8-2,5 мм;
• контактная поверхность 4-8 мм;
• давление электрода 1,9-6,8 кН;
• продолжительность импульса 0,1-0,4 с;
• продолжительность сжатия 0,1-0,4 с;
• ток импульса 7-12 кА.

Шовная роликовая сварка титана

этот способ применяется для создания герметичных сварных соединений. Применяются электроды в виде силовых роликов, которые катятся вдоль лини шва и сжимают листы заготовок между собой. На них иногда подают мощные импульсы тока с тем расчетом, чтобы зоны проплавления, имеющие овальную форму, перекрывали друг друга на 10-15% . Цепочка подобных точек сварки и образовывает беспрерывный герметичный шов. Метод позволяет сваривать листы у которых толщина от 0,2 до 3 мм и очень популярен во время изготовления герметичных емкостей сосудов малого давления, например, как баки для топлива, сильфоны и т.п.

Режимы конденсаторной стыковой сварки титановых труб

Конденсаторный метод считается подвидом шовной сварки и выделяется от него тем, что энергия электрического импульса запасается в батарее, составленной из мощных конденсаторов, и руководящим модулем иногда подается на электроды. Трубные заготовки диаметром до 23 мм с толщиной стенки до 1,5 мм выходит сваривать даже без защитной атмосферы, потому как мощный импульс выжигает окислители в зоне сварки.

Режим сварки также устанавливается диаметром трубы и толщиной ее стенки. Емкость конденсаторной батареи меняется от 5 000 до 7000 микрофарад, напряжение импульса — от 800 до 2100 вольт, усилие сжатия — от 8 до 24 кН.

Чрезвычайно важно соблюдать дистанцию вылета труб из вкладышей (от 1 до 1,8мм), потому как при его превышении более 2,2 мм происходит смещение торцов и неполный провар шва.

Допустимые изъяны при сварке

Одним из очень часто встречающихся недостатков считается очень высокая пористость шва. Он появляется за счёт поглощения шовным материалом пузырьков водорода, попадающего в сварочную ванную. Во избежание пористости, следует:

• тщательно почистить и обезжирить поверхности для работы;
• обеспечить необходимую защиту сварочной ванны и зоны остывающего металла.

Популярно также образование окисного слоя, переходящего от линии шва к сплошному металлу заготовок. Этого избежать позволяет поддержание защитного газового облака до остывания шва до температуры 400 °С.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.