Технология сварки титана: особенности, технология процесса и необходимое оборудование

alexxlab | 13.08.1981 | 0 | Разное

от подготовки материала до проверки качества шва

 

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Как подготовить титан к сварке
• Как защитить титан при сварке
• Какие технологии сварки титана существуют
• В чем особенности технологии сварки титана плазмой

В наши дни никого уже не удивишь изготовлением изделий из титана с помощью сварки. Металл получил широкое распространение, и технология сварки титана достаточно хорошо отработана. В своей основе она опирается на удивительные свойства этого материала. Об особенностях этого процесса мы расскажем в нашей статье.

 

Подготовка титана к сварке

Подготовительные работы с титаном состоят из обработки кромки деталей, очистки присадочного прутка и обеспечения защиты другой стороны детали. Чтобы предотвратить появление холодных трещин и снизить хрупкость металла во время сварки, желательно снять верхний слой металла, так как в нем содержится большое количество кислорода и азота, а частицы этого слоя могут попасть в сварной шов.

Технология сварки титана подразумевает выполнение разделки кромок с углом раскрытия 60°. Хотя если толщина детали меньше 4 мм, то можно этого не делать. В том случае, когда деталь была изготовлена путем газовой или плазменной резки, желательно удалить не менее 5 мм кромки. Также производится тщательная очистка кромки и присадочной проволоки непосредственно перед началом сварочных работ. Очистка выполняется механически напильником, абразивным кругом, а также с помощью химических средств (ацетона или растворителя).

 

Согласно технологии сварки титана, следует большое внимание уделить защите обратной стороны деталей и корня шва. Даже если сварочный шов не будет выходить на другую сторону, титан может вступить в реакцию с газами из окружающего воздуха, что возникает даже при температуре +300…+400 °С.

Поддерживайте рабочее место в чистоте. На крупных производствах в сварочном цехе оборудуют специальное место, где выполняются сварочные работы по титану. Здесь не должно быть никаких факторов, которые могут негативно повлиять на качество сварки: сквозняка, пыли, влаги, жира и прочих загрязнений. Все остальные процессы обработки металла (резка, зачистка, краска) должны выполняться в другом месте. Помимо этого, важно контролировать влажность воздуха.

Технология сваривания толстостенных конструкций несколько отличается. Здесь допускается отсутствие защиты детали с другой стороны, если сварочный шов не выходит наружу и деталь сильно не нагревается. Такой результат достигается путем производства коротких швов (по 15–20 мм), между выполнением которых обязательно делается перерыв для охлаждения.

Защита титана при сварке

Титановые сварные соединения выполняются под защитой, которая нужна вплоть до их остывания до температуры +427 °С. Кроме этого, расплавленная сварочная ванна также должна быть под защитой, что не позволит начаться реакции взаимодействия с воздухом. Наиболее распространенными защитными газами являются аргон и гелий. Именно они предусмотрены технологиями сварки титана TIG и MIG.

Защитный газ используется сразу в нескольких направлениях:

• Первичная защита расплавленной сварочной ванны.
• Вторичная защита охлаждающегося расплавленного металла и околошовной зоны.
• Защита обратной стороны сварочного шва.

1. Первичная защита расплавленной сварочной ванны. Грамотный выбор сварочной горелки позволяет обеспечить качественную первичную защиту. Так, чтобы не нарушать технологию сварки титана аргоном TIG, понадобится горелка, оборудованная газовой линзой и большим керамическим соплом. С помощью газовой линзы инертный газ будет подаваться равномерным потоком, а сопло позволит защитить расплавленную сварочную ванну по всей площади. Аргон дает очень стабильную дугу, поэтому чаще используют именно этот газ. Если необходимо глубже проникнуть в металл или работать при более высоком напряжении, то можно использовать смесь аргона и гелия.

    

   Чтобы определить эффективность защитного газа и узнать его расход, можно выполнить предварительные испытания на отдельном образце из титана. Чистые защищенные сварные швы имеют яркий серебристый цвет.
2. Вторичная защита охлаждающегося расплавленного металла и околошовной зоны. Для осуществления вторичной защиты используют специальную насадку на сварочную горелку. По-другому ее называют «сапожок». Для каждой операции сварки и для разных моделей горелки насадки могут быть разные, поэтому чаще всего их делают на заказ. Общими принципами изготовления насадки являются их компактность и наличие функции равномерного распределения газа в горелке. Кроме этого, для больших насадок может понадобиться водяное охлаждение. Если насадка оборудована бронзовым или медным диффузором, то это позволяет получать ровный поток защитного инертного газа.
3. Защита обратной стороны сварочного шва. Для защиты корневой части шва и околошовной зоны используют специальное устройство. Обычно оно представляет собой медную подкладку с водяным охлаждением. Кроме этого, для охлаждения сварных швов могут быть использованы крупные металлические заготовки. В них сделана специальная канавка, которая должна совпадать со сварным швом. Защита с обратной стороны обычно обеспечивается потоком газа, который в два раза меньше, чем поток для первичной защиты. Желательно для каждого вида защиты (первичной, вторичной и с обратной стороны) использовать отдельный газовый редуктор. Продувка перед сваркой и после нее осуществляется с помощью электромагнитных клапанов и таймеров.

Разновидности технологии сварки титана

1. Ручная дуговая сварка.

Выше мы уже говорили о том, что технология сварки титана в первую очередь опирается на качественный шов, что обеспечивается грамотно созданной защитой, причем и остывающих участков свариваемых деталей.

Технология соединения элементов с тонкими стенками допускает сварочную процедуру без обработки кромок или использования присадочной проволоки. В таком случае зазор между кромками составляет 0,5–1,5 мм. Состав присадки должен быть аналогичен основному материалу изделия.

Сварочная технология подразумевает несколько режимов сварочных работ. Работа выполняется током силой 90–100 ампер в том случае, если используется электрод 1,5-2 мм из вольфрама и присадочная проволока 2 мм. При этом толщина деталей не должна быть более 2 мм. Ток силой 120–140 ампер применяют для соединения деталей большей толщины (до 4 мм). При этом он должен быть переменным постоянной полярности.

 

Также сварочная технология требует соблюдения целого ряда дополнительных условий:

• Ручная процедура предполагает использование короткой дуги, электрод и присадка не должны колебаться. Движение осуществляется точно по шву.
• Сваривание производится углом вперед. В этом случае электрод ориентирован в противоположную от направления движения сторону.
• Сваривание титана с применением присадочного материала осуществляется под углом 90° (электрод относительно материала).
• Важно наладить беспрерывную подачу присадки в сварочную ванну.
• Защитный газ в зону сварки должен подаваться даже после гашения дуги, поскольку он обеспечивает процесс охлаждения. В течение одной минуты материал охладится до температуры ниже +400 °С.
• Качество сварного шва во многом зависит от охлаждения материала. Определить его можно по цвету. Светлый желтый или соломенный цвет шва указывает на хорошее качество, а черный, серый и синеватый оттенок указывает на окислительные процессы, что свидетельствует о сниженном качестве.

Технология полуавтоматической и автоматической сварки аналогична ручной. Большое значение имеет размер отверстия в сопле горелки. ГОСТом установлен диаметр 12–15 мм. Желательно использовать специальные планки и подкладки, чтобы зажечь или погасить горелку.

Рекомендуем статьи по металлообработке

2. Электрошлаковая сварка.

Технология сварки титана и его сплавов зависит от состава материала. Для соединения легированных титановых сплавов чаще всего применяют электрошлаковый метод. Так, для создания сплава ВТ5-1, где в составе есть 5 % алюминия и 3 % олова, больше всего подходит метод прессования и прокатки, в результате чего получаются тонкие листы. Толстостенные изделия создаются путем ковки.

Сваривать толстостенные детали гораздо сложнее. Для этого нужна среда защитного газа аргона и флюс марки АН-Т2. С помощью трехфазного трансформатора в зону обработки подается переменный ток.

Характеристики оборудования имеют определяющее значение. Обязательно должно выдерживаться напряжение 14–16 вольт с силой тока 1600–1800 А. Согласно технологии, зазор между деталями должен составлять 26 мм. Защитный газ аргон подается со скоростью 8 л/мин., а флюс засыпается в объеме 130 г. Качество соединения деталей при данной технологии обуславливается диаметром электрода. 12-миллиметровый электрод позволяет добиться идеальных результатов, а электрод 8 мм может стать причиной снижения прочности на 20 %. Желательно отказаться от использования электродов из легированных сплавов, если вы хотите обеспечить достаточную пластичность металла сварного шва.

3. Контактная сварка.

Контактный способ также подходит для соединения деталей из этого металла. Технология сварки титана, предусмотренная ГОСТом, предполагает оптимальную скорость сваривания материала в размере 2-2,5 мм/сек. Нежелательно превышать данный показатель, дабы не понизить прочностные характеристики металла в зазоре. При технологии контактного соединения этот показатель имеет определяющее значение, ведь скорость процесса довольно высокая. В данном случае кромки деталей не зачищают и не фрезеруют.

 

Разработаны разные способы контактного соединения заготовок: линейный, точечный и конденсаторный. Для изделий из титана подходит любой из них. Технология каждого способа опирается на определенную толщину заготовок, диаметр электродов и их давление, размеры сварочной пластины, длительность сжатия и скорость прохождения тока через металл. Сочетания данных параметров помогают установить оптимальный режим для достижения наилучшего результата. Это совсем несложный процесс, если все параметры учтены в соответствии с выбранной технологией.

Особенности технологии сварки титана плазмой

Авиационная и космическая промышленность очень часто используют титан и его сплавы. Для создания несущих конструкций обычно применяют металл толщиной не менее 12 мм.

В таком случае может возникнуть много проблем в процессе сваривания деталей, поскольку этот металл имеет очень специфичные свойства. Технология сварки титана такой толщины максимально эффективна, если опирается на электронно-лучевой метод соединения в вакууме.

В то же время сварочное оборудование для этого метода и сама работа стоят довольно дорого. Альтернативным вариантом соединения деталей из титана с высоким качеством сварных швов, большой производительностью и более низкой стоимостью является плазменная сварка титана проникающей дугой. В данном случае происходит сквозное проплавление. При использовании этой технологии ванна жидкого металла во время создания сварного шва удерживается на весу.

 

Чем толще металлическая заготовка, тем сложнее удерживать жидкую ванну в стабильном состоянии и делать качественный сварной шов. Технология сварки титана толщиной 10–12 мм рассчитана на довольно узкий диапазон сварочных параметров, поскольку очень сложно поддерживать баланс силовых факторов на передней стенке жидкой ванны. В данном случае очень высоки шансы допустить прожог, если гравитационные силы возьмут верх над силами поверхностного напряжения.

Только при низких скоростях сварки можно сформировать сварной шов. Стоит лишь увеличить скорость соединения, как начинается разрушение сварочной ванны и сброс расплавленного металла. Попытки сварки титана большой толщины до сих пор не увенчались успехом.

Если удастся удерживать в стабильном состоянии на весу ванну жидкого металла при сварке титана проникающей дугой, поддерживая соотношение гравитационных и капиллярных сил, то теоретически предельными толщинами для титана могут быть δ=20÷25 мм.

С ростом δ увеличивается вероятность прожога, поскольку нужно снижать поперечные размеры самой жидкой ванны. А это требует повышения концентрации энергии до значений, не достигаемых сжатой дугой.

Если газодинамическое воздействие на переднюю стенку жидкой ванны повышается вследствие увеличения мощности сжатой дуги, то это может привести к неустойчивости силового баланса на передней стенке жидкой ванны, в результате чего появляется прожог.

В ходе практической деятельности доказано, что невозможно увеличить диапазон свариваемых толщин плазмой только через варьирование характеристик сжатой дуги. Важно снизить влияние сжатой дуги на переднюю стенку жидкой ванны, при этом не снижая мощности сжатой дуги. Такое возможно только через подбор оптимального соотношения сжатой дуги и полости кратера.

Почему следует обращаться к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Сварка титана и его сплавов: технология и трудности процесса

Титан как материал открыли в конце 18 века, к его изучению приступили в начале 19, а интенсивно использовать начали к концу 20 столетия. Способствовало этому появление новых технологий, позволяющих проводить обработку сплавов, таких как литье, прокат, сварка титана. Благодаря низкой плотности, всего 4,51 г/ см³ (при прочности 450-1400 МПа, примерно равной прочности сталей, вес составляет на 60% меньше), стойкости к окислению и инертности ко многим агрессивным растворам титан широко используется в авиа- и автомобилестроении, технике, медицине, высоких технологиях.

Большое количество изделий предполагает необходимость использования такой технологии как сварка титана и его сплавов. Исходя из его свойств, можно сказать, что это целое направление металловедов, поскольку он является одним из самых сложных среди всех металлов.

Процесс сварки титана

Особенности сварки титана и сплавов на его основе

Важно! Защита инертными газами должна проводиться до остывания сварного соединения до 250 °С, по всему шву и околошовной зоне

Возникающие трудности при сварке титана схожи по аналогии с алюминием. Но первый более активный металл и образует нежелательные соединения уже при температурах свыше 250 °С. Проблема состоит в том, что это элементы, составляющие воздух:

Однако особенности сварки титана имеют и преимущества. Несмотря на t плавления 1470-1825 °С для разогрева требуется меньшее количество тепла.

Чистые металлы никогда не используются — их параметры обладают низкими показателями. А вот добавление в них других элементов позволяет получить сплавы с широким диапазоном свойств. Для структуры чистого титана характерны 2 стабильные фазы, при которых различается кристаллическая решетка:

1. α-фаза до t 882 °С. В этом периоде t мелкозернистая структура стабильна и нечувствительна к быстрому охлаждению.
2. β-фаза переход при t 883 °С. Характеризуется крупным зерном и чувствительностью к быстрому охлаждению.

С изменением структуры меняются свойства самого сплава. Обеспечить определенный тип структуры могут присадки следующих элементов:

• α-фаза — Al, O2, N2;
• β-фаза — Cr, Mn, V.

Особенно сложная сварка титана в домашних условиях. Причем обработке подлежит ограниченное количество сплавов. В зависимости от легирующих элементов, сплавы делятся на 3 категории:

1. ВТ1, ВТ5 — нечувствительны к скорости охлаждения. Высокая пластичность, способность к свариванию. Термообработка не проводится.
2. ОТ4, ВТ3, ВТ4, ВТ6, ВТ8 — возможно упрочнение термообработкой. При небольших добавках не нуждаются в термообработке.
3. ВТ15, ВТ22 — стали свариваются, но с потерей прочности из-за роста зерна, склонны к трещинообразованию. Необходима термообработка.

Способы сварки титана и сплавов на его основе

Способы и технологии

Высокая активность металла с газами определяет способы сварки титана. Их количество предоставляет право выбора, но при любом из них должна обеспечиваться защита металла, нагретого выше 400 °С. Самым практичным считается сварка титана аргоном. Поскольку металл разогревается с обеих сторон, свариваемой деталь также должна быть со всех боков защищена. Для этого она обрабатывается инертным газом с помощью подкладных планок для подачи Ar:

1. Аргонодуговая с вольфрамовым электродом или проволочными с использованием флюса, или пластинчатыми под флюсом и аргоном, для толстостенных деталей используется присадка для сварки титана.
2. Шлаковая под флюсом.
3. Электроннолучевая или контактная. Используется специализированное оборудование для сварки титана.

Подготовка титана к сварке

Она заключается в прогреве флюсов до t 200-300 °С, термической обработке присадочной проволоки в вакууме при t до 1000 °С в течение 4 часов (срок хранения составляет 6 часов). Проволока зачищается аналогично кромкам после травления.

Поверхность кромок должна пройти травление при t 60-65 °С в течение 10 минут с использованием раствора, состоящего из кислот:

• соляная HCl — 350 мл;
• дистиллированная вода — 650 мл;
• фторид натрия — 50 г.

После чего проводится механическая зачистка наждачкой №12, щетками (нержавеющими).

Ручная дуговая сварка

Наиболее распространенная сварка титана аргоном, технология предполагает самое большее количество вариантов. При работе с W-электродом Ø 0,5-1,5 мм присадки не используются. Увеличение диаметра более 1,5 мм увеличивает зону расплава. Чтобы минимизировать расход металла при выдувании, добавляют проволоку. Присадка, чтобы снять оксидный/альфированный слой, проходит вакуумный отжиг и зачистку. Для частичного рафинирования (процесс загущения шлака для снижения его активности взаимодействия с расплавом) используются фтористо-кальциевые флюсы АН-ТА, АНТ17А.

Сварка титана полуавтоматом плавящимся электродом происходит в аргоно-гелиевой среде в соотношении 20:80 или 100% гелия (он обеспечивает защиту широкого шва). При работе с инвертором подключение проводится по прямой полярности. Проволока для сварки титана аргоном используется для толстостенных деталей.

Электрошлаковая сварка

Способ для получения мелкого зерна. Технология сварки титана и его сплавов уже хорошо изучена, поэтому разработано большое количество добавочных материалов для ее реализации. В зависимости от условий технологии, проводить ее можно под защитой сухого гранулированного фтористого флюса:

• h 2,5-8,0 мм — АНТ-1 или АНТ-3;
• h ≥ 8,1 — АНТ-7.

Сварка плавящимся эл-дом (проволока для сварки титана Ø 2,0-5,0 мм) с жалом эл-да 14-22 мм. Защита обратной стороны детали проводится с помощью медной или флюсо-медной подушки. Также применяются эл-ды пластинчатые аналогичного сплава (ширина = толщине детали, толщина — 8-12 мм). Флюсы — фторидные АНТ-2/4/6. Дополнительно шов защищают аргоном.

Контактная сварка

Используется специализированное оборудование. Благодаря плотному прилеганию поверхностей и быстрому процессу защита газами не проводится для точечной сварки. Для остальных видов — шовной и стыковой — используется чистый аргон. К высокотехнологичному, но малодоступному из-за техники, методу относится и электроннолучевая сварка титана.

Схема сварки титана в камерах и боксах с контролируемой средой

Трудности при сварке титана и способы решения

Важно! Не используйте для зачистки поверхности металлические прутки, частицы железа внедряются в металл, после чего начинают коррозировать. Для этой цели нужна щетка исключительно с нержавеющим ворсом

Контроль сварки титана можно вести и визуально: уже при комнатной температуре он способен растворять кислород, который образует твердый альфированный слой на поверхности, но именно он и предотвращает его от дальнейшей коррозии. Степень окисления можно узнать по цвету поверхности:

• минимальная — золотисто-желтый;
• средняя — темно-фиолетовый;
• насыщенная — белый.

Особенности сварки алюминия и титана связаны с их сродством с кислородом (у алюминия оно выше на один порядок), но зато титан при нагреве до температуры 500 °С активизирует процесс образования нитридов (бурная активность с азотом). Как результат, повышается прочность и теряется пластичность, появляется хрупкость, образуются трещины.

Водород отлично растворяется в жидком металле. И несмотря на то, что при охлаждении он выделяется из раствора, — такие реакции крайне разрушительны. Они образуют пористость и склонность к разрушению швов (медленное, поэтому и плохо прогнозируемое).

Для титановых сплавов характерны все те же дефекты околошовной зоны, что и для углеродистых, но с той лишь разницей, что здесь легче образуется крупное зерно. Поэтому каждая технология сварки титана предупреждает его развитие.

Заключение

При соблюдении всех правил проводимая сварка титана по ГОСТ Р ИСО 5817-2009 обеспечивает прочность соединения 60-80% от значения основного металла. Здесь можно найти требования, предъявляемые к различным видам сплавов на основе Ni, Ti, Fe, а также определить возможность получения брака в готовом изделии. Самым распространенным методом благодаря доступности оборудования считается аргонодуговая сварка титана.

Видео: Сварка титана,дюрали. Ответы на Ваши вопросы

Технология сварки титана

Титан – химически активный элемент. При нагреве он взаимодействует с кислородом и азотом воздуха, парами воды, углекислым газом.

В результате взаимодействии с кислородом на поверхности титана первоначально формируется тонкий слой твердого раствора кислорода в α-титане. Выше предела растворимости в системе титан-кислород формируются субоксиды Ti₆О, Ti₃О, Ti₂О, а затем оксиды ТiO, Ti₂O₃, ТiO₂. По мере окисления изменяется окраска оксидной пленки. Золотисто-желтая окраска с металлическим блеском появляется при формировании на поверхности фазы переменного состава на основе ТiO. Содержание кислорода в указанной фазе может изменяться в пределах 20,5—29, 5%, При формировании Ti₂O₃ появляется темно-фиолетовая окраска; белая окраска свидетельствует о формировании ТiO₂.

Образующаяся при обычных температурах темная оксидная пленка предохраняет титан от дальнейшего окисления. Однако при температурах свыше 450 °С пленка начинает растворяться в металле, и процесс окисления ускоряется. Особенно интенсивно идет окисление при температурах свыше 700 °С. Титан взаимодействует также с азотом. Это взаимодействие усиливается при нагреве титана свыше 500 °С. Поскольку скорость растворения кислорода в титане больше скорости растворения азота, то при нагреве титана в атмосфере воздуха основную роль во взаимодействии играет кислород.

Кислород и азот стабилизируют α-фазу, поэтому при повышенной концентрации указанных элементов в поверхностном слое формируется так называемый альфированный слой, характеризующийся повышенной твердостью.

Титан интенсивно взаимодействует с парами воды. При этом процесс окисления протекает более интенсивно по сравнению с окислением на воздухе. Это объясняют структурными особенностями оксидной пленки, формирующейся при взаимодействии титана с парами воды. В этом случае на поверхности титана образуется только высший оксид. ТiO₂.

Титан обладает большим сродством к кислороду. Прочность низшего оксида ТiO при температурах выше 1500—2000 °С превышает химическую прочность таких оксидов, как ZrO₂, А1₂O₃, MgO, ВеО. Подобные свойства ТiO исключают возможность раскисления титана цирконием, алюминием, магнием, бериллием. Однако в некоторых случаях введение в металл шва циркония позволяет уменьшить вредное влияние кислорода. Поскольку кислород и азот ухудшают механические свойства титана и его сплавов, особенно пластические, то сварочную ванну, а также основной металл в зоне сварки, нагреваемые выше 400 °С, защищают от атмосферы воздуха.

В связи с высокой активностью титана и его сплавов при сварке титана для защиты от атмосферы воздуха можно использовать только пассивные по кислороду среды: инертные газы, фторидные флюсы. При использовании фторидных флюсов возможно развитие химических реакций на границе шлак-металл:

Ti + 2MeF₂ = TiF₄ + 2Ме.

Эта реакция не приводит к загрязнению металла сварочной ванны неметаллическими включениями, поскольку фториды нерастворимы в жидком металле, но может привести к переходу в сварочную ванну элементов из флюса. Это необходимо учитывать при разработке технологии сварки с использованием флюсов. Титан и его сплавы не склонны к образованию горячи трещин. Это обусловлено благоприятным сочетанием физико-механических свойств титана и его сплавов, а именно малой величиной литейной усадки в сочетании с повышенной прочностью и пластичностью в области высоких температур.

Поскольку титан и его сплавы не склонны к образованию горячих трещин при сварке, то при выборе состава металла шва основное внимание уделяется обеспечению необходимых эксплуатационных свойств. В большинстве случаев используют электродную проволоку, по составу аналогичную основному металлу. Однако необходимо иметь в виду, что в α + β-сплавах с повышением количества β-стабилизаторов (особенно β-эвтектоидных стабилизаторов) металл шва уступает основному по пластическим свойствам.

В подобных случаях путем подбора химического состава металла шва и термообработки сварного соединения изыскивают наиболее оптимальный вариант. Если термообработку после сварки не проводят, рационально использовать металл шва с пониженным содержанием β-стабилизаторов. Это позволяет за счет некоторого снижения прочностных свойств получить более пластичный  металл  шва.

Основной дефект металла шва при сварке титана и его сплавов — пористость. До настоящего времени отсутствует единое мнение относительно причин образования пор при сварке титана  и  его сплавов.

Одни исследователи считают, что образование пор связано с растворением в металле водорода, выделяющегося из металла при повышении температуры в связи с изменением растворимости (рис. 11.7, а). Пористость образуется, если сформировавшиеся в процессе нагрева газовые пузыри не успевают выделиться из сварочной ванны до момента кристаллизации. До настоящего времени нет единого мнения относительно характера изменения растворимости водорода в титане при переходе из жидкого состояния в твердое. Поэтому имеется также мнение, что образование пор из-за водорода связано с его выделением в процессе кристаллизации в связи с резким понижением растворимости в твердом титане по сравнению с жидким (рис. 11.7, б).

Рис. 11.7. Растворимость водорода в титане в зависимости от температуры: а — по В, И. Явойскому; б – по В. И. Лакомскому

Другие исследователи считают, что пористость обусловлена углеродосодержащими веществами (различные жиры), адсорбированными поверхностью металла. Образование пор в данном случае связывают с образованием газообразных продуктов в результате развития реакций между углеродосодержащими веществами и поверхностными оксидами. Например,

ТiO₂ + С = ТiO + СО.

При этом предполагают, что образующийся газ частично замешивается в сварочную ванну, особенно при малом зазоре между свариваемыми кромками или их смыкании, и вызывает образование пор. На основании исследований, проведенных в МАТИ, установлено, что не углеродосодержащие вещества, а адсорбированная влага служит основной причиной образования пор. Пористость резко возрастает, если в процессе сварки в результате расширения свариваемого металла происходит смыкание свариваемых кромок.

Повышение пористости в данном случае связывают с образованием в зоне стыка замкнутых микро- и макрополостей — зародышей газовых пузырей в сварочной ванне. В основном рост газовых пузырей происходит в результате объединения (коалесценции) мелких пузырей, а также выделения или разложения влаги, адсорбированной поверхностными оксидами. Выделение и разложение влаги из гидратированной оксидной пленки протекает по схеме

ТiO₂·3Н₂O →ТiO₂-2Н₂O + Н₂О→ТiO₂·Н₂О + 2Н₂O и т. д.;
Ti + 2Н₂O = ТiO₂ + 2Н₂.

Развитие последней реакции приводит к устойчивому существованию газового пузыря в сварочной ванне на стадии нагрева в связи с тем, что с повышением температуры растворимость водорода в титане понижается. Рост газового пузыря также возможен за счет выделения водорода, растворенного в металле. Однако этот процесс, по-видимому, имеет второстепенный характер.

Повышение роли внешних факторов в образовании пор при сварке титана обусловлено тем, что благодаря хорошей смачиваемости жидким титаном поверхностей различных примесей термодинамические условия гетерогенного образования зародышей пузырей, по-видимому, незначительно отличаются от гомогенных. В результате затрудняется образование зародышей пузырьков.

Этим и объясняется отсутствие пористости в швах, выполненных путем переплавки титанового листа, насыщенного водородом. При сварке подобного насыщенного водородом металла встык в шве образуются поры. Попадающие в сварочную ванну газы, содержащиеся в микро- и макрополостях в зоне стыка, служат готовыми зародышами, в которые выделяется растворенный водород. Застревание газовых пузырей в кристаллизующемся металле приводит к образованию пор.

С целью предупреждения пор при сварке титана и его сплавов используют различные способы, которые можно разделить на три группы:

• уменьшение количества адсорбированной влаги на свариваемых поверхностях и поверхности сварочной проволоки, а также создание условий для удаления влаги из зоны сварки до формирования сварочной ванны;
• использование режимов сварки, обеспечивающих наиболее полное удаление из сварочной ванны водорода;
• связывание и интенсификация выделения водорода из сварочной ванны использованием флюсов.

Снижение количества адсорбированной влаги достигается  за счет повышения чистоты обработки, а также регламентации условий и сроков хранения подготовленных к сварке деталей. Другим направлением снижения пористости из-за адсорбированной влаги может быть предотвращение формирования замкнутых полостей в зоне стыка. Это достигается при сварке с зазором. Пористость металла шва, выполненного аргон одуговой сваркой вольфрамовым электродом, резко снижается при сборке соединения перед сваркой с заданным зазором (0,2—0,3 мм для листов толщиной 1 мм).

Поскольку газовые пузыри при сварке титана формируются на стадии нагрева, то использование режимов сварки, приводящих к увеличению времени существования сварочной ванны, способствует снижению вероятности образования пор. При этом необходимо учитывать возможность роста зерна металла в зоне термического влияния.

Наиболее эффективно предотвращение пор при сварке титана и его сплавов путем использования флюсов на основе галогенов. При аргонодуговой сварке флюсом покрывают торцовые поверхности свариваемых кромок тончайшим слоем. Флюсы наносят в виде пасты, замешанной на спирте, либо натиранием кромок спрессованным стержнем-карандашом. Действие флюса проявляется как в связывании водорода в соединения, нерастворимые в металле (HF или НС1), так и в интенсификации процесса дегазации сварочной ванны летучими галогенидами. По этой причине наилучшие результаты достигаются при введении в состав флюса AlF₂ или АlСl₂, которые обладают большой упругостью паров в области температур плавления титана и его сплавов.

Технология сварки титана и его сплавов

Титан владеет высокой прочностью до температур 450…500°С при малой плотности (γ = 4,5 г/см3), высокой коррозийной устойчивостью по многих агрессивных средах и всё шире применяется в качестве конструкционного материала в сварных конструкциях различного назначения.

Отдельное либо совместное легирование технического титана небольшими подбавками некоторых элементов (например, 3…6,5% Al, до 2% Mn, 3,5…4,5% V, до 2,5% Cr, 2…3% Sn) значительно увеличивают его прочность (до 1000…1400 МПа) при достаточной пластичности.

Титан претерпевает полиморфное превращение при температуре 882°С: до 882°С он существует в форме α-титана с гексагональной решёткой, выше 882°С – β-титана с объёмно-центрированной решёткой.

Ряд элементов – Al, Sn, N, O – повышают температуру полиморфного преобразования, расширяют область α-титана и называются α-стабилизаторами. Mo, V, Mn, Cr способствуют сохранению при нормальной температуре высокотемпературной структуры β-титана и называются β- стабилизаторами.

Сплавы со стабильной при разных температурах α структурой (технический титан ВТ1, сплавы ВТ5 и ВТ5-1) термообработкой не укрепляются, поэтому владеют хорошей свариваемостью.

Двухфазные сплавы, где β-фаза существую при повышенных температурах (типа ВОТ4), термообработкой не укрепляются, а сплавы, где β-фаза может сохраняться при охлаждении до комнатной температуры (сплавы ВТ6, ВТ14), укрепляются термообработкой и свариваются хуже. 

Основные трудности при сварке титана связаны с его высокой химической активностью относительно газов при нагреве и расплавлении. Так, при температурах 350°С и выше титан активно поглощает кислород с образованием структур внедрения, которое имеют высокую прочность, твёрдость (может быть в 2 раза более за прочность титана) и малую пластичность. Кислород стабилизирует α-фазу с образованием поверхностного слоя большой твёрдости, который называется альфированным слоем.

При нагреве до 550°С и выше титан энергично растворяет азот, в результате образуются малопластичные фазы внедрения (нитриды). Нитриды повышает твёрдость и снижают пластичность титана. Поверхностный слой титана насыщается повышенным количеством азота и кислорода (альфированный слой). Проникание частичек этого слоя в сварной шов приводит к хрупкости металла и образованию холодных трещин, в связи с чем перед сваркой его стоит целиком удалять. Допускается очень жёсткое ограничение этих газов в титане: кислорода – к 0,15%, азота – к 0,05%.

Водород также при малом содержании очень резко ухудшает свойства титана. Хотя его содержание с увеличением температуры падает, водород, который находится в твёрдом перенасыщенном растворе, выделяется и образует отдельную фазу – гидриды титана (Tih3), которые сильно охрупчивают титан и способствуют образованию холодных трещин через длительное время после сварки (замедленное разрушение). Кроме того, водород способствует образованию пор. В связи с этим допустимое содержание водорода в металле ограничивается 0,01% и принимаются все меры к избежанию возможности наводораживания металла (например, сварочная проволока подвергается вакуумному отжигу).

Всё это требует тщательной защиты при сварке не только расплавленного металла, но и участков твёрдого металла, нагретого к температуры 400°С. Обычно эта достигается применением флюсов, специальных газовых защитных подушек, флюсовых и металлических подложек. Защита считается надёжной, когда после сварки поверхность металла имеет блестящую поверхность.

При сварке титана и его сплавов используют присадочный металл, близкий по составу к основному металлу. Во многих случаях положительные результаты получаются при использовании проволоки ВТ1-00. Для удаления водорода проволоки подвергают диффузионному (вакуумному) отжигу. Подготовку кромок делают механическим путём, газокислородной либо плазменной резкой со следующим удалением насыщенного газами металла механической обработкой.

В связи с низкой теплопроводностью титана стыковые швы при сварке плавящимся электродом в аргоне имеют характерную конусовидную форму, што вызывает необходимость для некоторых конструкций наложения галтельных швов либо перехода к сварке в гелии для улучшения формы внешней части усиления шва. Удельное электросопротивление титана примерно в 4 раза больше, чем у железа, поэтому вылет плавящегося электрода должен быть относительно небольшим.

Основные способы сварки титана: дуговая сварка в среде инертных газов, под флюсом, электрошлаковая и электронно-лучевая.

Дуговая сварка в среде инертных газов титана и его сплавов может быть выполнена неплавящимся лантанированным или иттрированным вольфрамовым электродом и плавящимся электродом. Применяют аргон только высшего сорта или гелий высокой чистоты. Сварку производят с использованием удлинённых насадок на сопле (длиною до 500 мм) с подачей газа с обратной стороны через специальные подкладки, а также в камерах с контролируемой атмосферой.

Титан небольшой толщины (до 4 мм) вольфрамовым электродом сваривают на обычных установках аргонодуговой сварки неплавящимся электродом на постоянном токе прямой полярности. Присадочный пруток подают только при толщине металла более   1,5 мм. Без подачи присадочного прутка прочность соединения равна прочности основного металла. При подаче прутка его нагретая поверхность адсорбирует некоторое количество газов атмосферы, которое приводит к снижению пластичности металла шва.

При толщине металла более   4 мм применяют разделку кромок. Для увеличения глубины проплавления при сварке вольфрамовым электродом применяют флюс-пасты типа АН-ТА, которые наносят тонким слоем на поверхности кромок. Они позволяют без разделки кромок сваривать металл толщиной до 12 мм на меньших, чем при обычных способах, сварочных токах. Эта технология снижает деформации сварных конструкций и уменьшает пористость швов, а также способствует рафинированию металла шва.

При сварке под флюсом и электрошлаковой сварке используют бескислородные флюсы (АН-Т1 и АН-Т2), основные компоненты которых – фториды (CaF2, Na2F) и хлориды (KCl, NaCl). Для уменьшения опасности попадания водорода по металл шва требуется, чтобы содержание влаги по флюсе не превышало 0,05%.

Титан сваривают под флюсом на обычном оборудовании на постоянном токе обратной полярности. Этот способ экономически эффективен при соединении металла толщиной 6…8 мм, хотя сваривают и металл меньшей толщины. Прочность и пластичность сварных соединений получают не ниже, чем у основного металла. При электрошлаковой сварке для защиты шлаковой ванны и остывающего металла осуществляют поддув аргоном через специальные каналы в ползунах из расчёта 5…12 л/мин для металла толщиной 30…120 мм.

В последнее время в авиастроении и других смежных отраслях при сварке титановых сплавов широко используют электронно-лучевую и лазерную сварку.

Правила сварки титановых сплавов. Как и чем варить титан? Сварка титана: технология и особенности

Главная страница » Сварка титана и его сплавов согласно ГОСТ: особенности технологии с применением аргона

Титановые сплавы

Сплавы титана имеют температуру плавления от 1470 до 1825 °C, в зависимости от марки. Они обладают выгодным сочетанием легкости (благодаря малой плотности) и высокой прочности, поэтому часто применяются для изготовления таких конструкций, как велосипедные рамы и детали скоростных автомобилей. Сварка титановых сплавов — сложный технологический процесс, поскольку эти материалы имеют ряд специфических свойств.

Далее под словом «титан» будут подразумеваться именно сплавы титана с легирующими присадками — хромом, железом, молибденом, ванадием, вольфрамом и другими.

Подготовка металла к сварочной операции

Перед операцией титан необходимо соответствующим образом подготовить. В рамках этого этапа выполняется обработка кромок заготовочных элементов, создание защиты противоположных сторон (использование тех же подкладок), а также зачистка прутка присадки. Кроме этого, производится тщательная зачистка наружного слоя заготовки. Его частицы в ходе сварки могут проникнуть в структуру шва, из-за чего он станет хрупким и непригодным к работе в ответственных механических конструкциях. В случаях обработки толстых деталей от 5 см требуется разделка кромок, при которой угол раскроя должен составлять 60°. Если планируется сварка титана и его сплавов, которые до этого подвергались плазменной или газовой резке, то потребуется и зачистка поверхностей швов с ликвидацией слоя толщиной в 3-4 мм. Универсальной мерой уже финальной подготовки перед работой будет устранение внешних загрязнений, масляных пленок и окислов. Для этой процедуры используются мелкозернистые абразивы, напильник и обезжиривание с растворителями. Затем оставшиеся следы зачистки удаляются сухой ветошью.

ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА СВАРОЧНОЙ ВАННЫ

Существуют три варианта защиты:

• струйная с использованием специальных приспособлений
• местная в герметичных камерах малого объема
• общая в камерах с контролируемой атмосферой (ВКС-1, ВУАС-1, УСБ-1)

При аргонодуговой сварке титана W-электродом следует применять сварочные горелки с возможно большим газовым соплом, создающим обширную зону защиты. Поток аргона через сопло должен быть ламинарным, что достигается газовыми линзами, установленными внутри сопла. Расход газа в зависимости от режима сварки колеблется от 8 до 20 л/мин. Если сопло горелки не гарантирует надежной защиты, то его дополняют специальной насадкой, коробом или другим приспособлением. Дополнительные защитные устройства изготавливают из нержавеющей стали. Внутри имеются рассекатели и газовые линзы. Насадка, прикрепляемая к газовой горелке для защиты кристаллизующейся сварочной ванны, должна иметь ширину 40-50 мм и длину от 60-120 мм в зависимости от режима сварки. Для сварки трубчатых конструкций, кольцевых поворотных и неповоротных стыков применяют местные или малогабаритные защитные камеры.

1- дополнительная насадка; 2 — газовая линза

Качество защиты определяют по внешнему виду металла шва. Серебристая или соломенного цвета поверхность шва свидетельствует о хорошей защите. Желто-голубой цвет указывает на нарушение защиты, хотя в отдельных случаях такие швы считаются допустимыми. Темно-синий или синевато-серый цвет с пятнами серого налета характеризует низкое качество шва.

Какие еще виды сварки подходят для титана помимо аргона

1. Электрошлаковая сварка

   В последнее время этот вид соединения элементов из титана активно применяется в промышленности. Например, он используется для сплава ВТ5-1, то есть титана, легированного до 5 % алюминием и до 3 % оловом. Изготовление сплава производится прессованием с прокаткой до тонких листов, или ковкой заготовок с большим сечением.

   Метод, используемый для крупных сечений, считается очень сложным, но он вполне подходит для электрошлаковой сварки под флюсом АН-Т2 в аргоне. Роль источника переменного тока играет трехфазный трансформатор с жесткой характеристикой.

   Для работы с небольшими поковками (60х60 мм) рекомендуются режимы: сила тока 1600 – 1800 А, напряжение дуги 14 – 16 В. В норме расстояние между кромками поковок равно 26 мм, масса засыпанного флюса – 130 г, расход аргона 8 л/мин.

   Применение пластинчатого электрода размером 12х60 мм при этих режимах позволяет добиться стабильного процесса и прочного сварного шва. Последний сравним по прочности с основным металлом.

   При соединении прессованных профилей крупного сечения электродом толщиной 8 мм получается сварное соединение несколько худшей прочности – 80 – 85 % от показателя основного металла. Эта особенность вызвана использованием пластинчатых электродов из нелегированного сплава ВТ1-1. Поясним, что не рекомендуется работать с легированными электродными сплавами, ведь они не обеспечивают необходимой пластичности соединения из-за большого содержания газов в прессованном металле.

2. Контактная сварка

   ГОСТ допускает использование данной технологии, так как оптимальная скорость сваривания титана равна 2 – 2,5 мм/сек. Ее превышение повлечет за собой снижение прочности металла, заполняющего зазор. Отметим, что данный показатель очень важен, когда работа идет контактным методом, ведь все операции здесь производятся очень быстро. Не стоит зачищать свариваемые кромки, а тем более фрезеровать их.

   На практике используются несколько вариантов контактного метода, и все они подходят для работы с титановыми заготовками. А именно речь идет о точечной, линейной и конденсаторной технологии. Для каждой из них подбирают свой режим, который зависит от толщины свариваемых заготовок, давления и диаметра электродов или от габаритов сварочной пластины, времени сжатия, продолжительности прохождения тока через металл. Как вы поняли, этот процесс требует грамотного подбора всех вышеперечисленных параметров.

   Далее вы можете ознакомиться с ориентировочными режимами стыковой сварки титана при начальной скорости оплавления 0,5 мм/сек:

   Площадь свариваемого сечения, мм	Давление осадки, МН/М2	Вылет заготовки из электродов, мм	Припуск, мм на	Скорость оплавления, мм/сек	Сила тока оплавления, А
   оплавление	осадку
   150	2,9	менее 25	8	3	6	1,5 – 2,0
   250	4,9 – 7,8	25-40	10	6	6	2,5 – 3,0
   500	9,8 – 14,7	45	10	6	6	5,0 – 7,0
   1000	20 – 24	50	12	10	5	5
   1500	29 – 59	60	15	10	5	7,5
   2000	39 – 98	65	18	12	5	10
   2500	49 – 147	70	20	12	5	12,5
   3000	98 – 196	100	22	14	4	15,0
   4000	147 – 294	110	24	15	4	20,0
   5000	196 – 392	130	26	15	3,5	25,0
   6000	343 – 490	140	28	15	3,5	30,0
   7000	294 – 490	150	30	15	3,0	35,0
   8000	343 – 588	165	35	15	3,0	40,0
   9000	441 – 882	180	40	15	2,5	45,0
   10000	490 – 981	180-200	40	15	2,5	50,0

   Для соединения титановых листов и пластин толщиной до 4 мм подходит точечная и шовная (роликовая) сварка. Высота литого ядра составляет 80 – 90 % от суммарной толщины листов. Ниже представлены приблизительные режимы этого вида обработки:

   Толщина листов, мм	Диаметр контактной поверхности электрода, МН/м2	Усилие на электродах, Н	Продолжительность прохождения тока, с	Время сжатия деталей, с	Сила тока, А
   0,8	4,0 – 4,5	1960-2450	0,1 – 0,15	0,1	7000
   1,0	4,5 – 5,0	2450 – 2950	0,15 – 0,2	0,3	8000
   1,2	5,0 – 5,5	3150 – 3440	0,2 – 0,25	0,3	8500
   1,5	5,5 – 6,0	3935 – 4915	0,25 – 0,3	0,4	9000
   2,0	6,0 – 7,0	4915 – 5895	0,25 – 0,3	0,4	10000
   2,5	7,0 – 8,0	5895 – 6875	0,3 – 0,4	0,4	12000

   Режимы шовной (роликовой) технологии:

   Толщина листов, мм	Ширина шва, мм	Усилие на роликах, Н	Продолжительность сварки, с	Скорость сварки, м/мин	Сила тока, А
   импульс	пауза
   0,8+0,8	3,5 – 4,0	2950	0,1 – 0,12	0,18 – 0,20	0,8 – 1,0	6000
   1,0+1,0	4,5 – 5,5	3935	0,14 – 0,16	0,24 – 0,28	0,6 – 0,8	7500
   1,5+1,5	5,5 – 6,5	4915	0,20 – 0,24	0,3 – 0,4	0,5 – 0,6	10000
   2,0+2,0	6,5 – 7,5	6385	0,24 – 0,28	0,4 – 0,5	0,4 – 0,5	12000
   2,5+2,5	7,0 – 8,0	7855	0,28 – 0,32	0,6 – 0,8	0,3 – 0,4	15000

   Трубы из титана марки ВТ1-2, диаметром 10 – 23 мм и со стенкой толщиной 1,0 – 1,5 мм можно сваривать при помощи конденсаторной стыковой технологии без использования газовой защиты. Перед этим, напомним, осуществляют травление сварных кромок и работают с такими режимами:

   Диаметр трубы, мм	Емкость, мкф	Зарядное напряжение, В	Усилие осадки, Н	Вылет трубы из вкладышей, мм	Коэффициент трансформации
   10х1	5000	850 – 900	8935 – 9805	1,0 – 1,5	84
   23х1,5	7000	2000 – 2100	22565 – 24035	1,2 – 1,8	84

   Оптимальным для труб диаметром 10 мм считается вылет 1 – 1,5 мм, тогда как для труб диаметром 23 мм этот показатель составляет 1,2 – 1,8 мм. При вылете труб менее 0,8 мм происходит выплеск расплавленного металла, а при превышении границы в 2,2 мм смещаются торцы, получается непровар. При усилии осадки менее 20,7 кН тоже получается непровар. Также он возможен при зарядном напряжении менее чем 1900 В, а при напряжении выше 2200 В выплескивается жидкий металл. Оплавление происходит внутри трубы в виде венчика высотой до 1,5 мм и максимальной толщиной 0,3 мм.

3. Холодная сварка титана

   Эта технология предполагает разрушение кристаллической решетки и образование новой за счет соединения слоев титана, процесс происходит в твердом состоянии на открытом воздухе.

   Отдельно стоит сказать о работе с белым титаном, поскольку такая сварка ведется под давлением без внешнего нагрева. Соответствующая инструкция позволяет пользоваться технологией при любой температуре воздуха.

   При приложении нормальных усилий данный способ соединения титановых листов производится внахлест при помощи зажимов для фиксации. Далее можно приступать к сварочному процессу. После снятия зажимов листы деформируются и прочно скрепляются между собой.

Свойства материала

У титана есть несколько особых свойств, которыми обусловлена сложность сварки конструкций из этого металла. В их числе:

• невысокая теплопроводность;
• склонность к самовозгоранию при нагреве до 400 °C и контакте с кислородом;
• окисление под воздействием углекислоты;
• образование нитридных соединений при нагреве до 600 °C и прямом контакте с азотом, твердых, но хрупких;
• склонность к поглощению водорода при нагреве до 250 °C;
• изменение структуры (увеличение зерна) при нагреве свыше 880 °C.

Для титана критично повышение температуры уже свыше 400-500 °C. При таком нагреве у него резко повышается химическая активность, и титан начинает взаимодействовать с атмосферным воздухом, который оказывает на шов сварки губительное воздействие.

При этом могут образовываться гидриды, нитриды, карбиды и другие соединения, которые нарушают прочность сварного шва. Существенное нарушение технологии, несоблюдение требований ГОСТ может привести к тому, что приваренная деталь просто отвалится от легкого удара.

Если сварка проводилась в соответствии с нормативами, то прочность шва будет находиться в пределах 0,6 — 0,8 от прочности свариваемого металла.

На сварку и сварные соединения из титана распространяется ГОСТ Р ИСО под номером 5817-2009. Он устанавливает уровни качества при сварке разных металлов — стали, титана и никеля, в том числе их сплавов и определяет максимально допустимые уровни дефектов готового изделия.

Как подготавливают детали

Для сварки титана необходимо полностью изолировать свариваемые поверхности от атмосферы, поэтому, как правило, используют автоматическую или полуавтоматическую сварку.

Ручная сварка титана возможна, но только если используется специальная сварочная горелка с керамическим соплом, через которую на свариваемые участки подается под давлением инертный газ — аргон, который вытесняет воздух.

При этом обратная сторона шва должна быть изолирована от атмосферы плотно прилегающими стальными либо медными накладками. Для обеспечения наилучшего качества шва используют перфорированные накладки, в отверстия которых подается аргон.

В случае полуавтоматической или автоматической сварки она проводится в специальной капсуле, заполненной аргоном либо гелием. Сварка титановых труб может производиться без помещения трубы в защитную газовую среду целиком, но при этом сама труба должна быть герметизирована и заполнена аргоном изнутри.

Другим важным нюансом является зачистка и обезжиривание свариваемых поверхностей на 20 мм от линии стыка. Необходимо удалить оксидную пленку, которая всегда присутствует на поверхности титанового изделия.

Работать необходимо в перчатках, поскольку руки, даже чистые, могут оставить на кромке потожировые следы, которые приведут к ухудшению сварного шва.

Перед сваркой титан дополнительно подвергают травлению с использованием смеси соляной кислоты с водой и фторидом натрия — 350 мл HCl, 650 мл дистиллированной воды, 50 г фторида натрия. Температура травления — 60-65 °C, время — около 10 минут.

После травления титан подвергают тщательной шлифовке. Для механической обработки используют наждачную бумагу до № 12, проволочные щетки, шаберы. Необходимо удостовериться, что края свариваемых деталей ровные, на них отсутствуют заусенцы и трещины. Точно так же зачищается и присадочная проволока. Только после этого можно приступать к сварке титана.

Какие возникают сложности при сварке титана и его сплавов

Особенности сварки титана и его сплавов состоят в том, что данный процесс имеет некоторые сложности, которые делают этот процесс тяжелым. При нагревании сплавы с титаном начинают активно взаимодействовать с воздухом. При этом процесс данного взаимодействия может наступать задолго до достижения показателя температуры титана, а точнее уже при 450 градусах Цельсия.

Сварка титановых труб и других изделий из данного металла может осложняться следующими процессами:

• при взаимодействии титана с кислородом на поверхности свариваемой заготовки  начинается активный процесс образования оксида титана и окалины, а именно появляется альфированный слой. При возникновении слоя этого вида может вызвать образование трещин на поверхности свариваемого изделия. Чтобы этого избежать стоит выполнять определенные нормы, которые указывают на допустимое максимальное содержание кислорода — в любом сплаве из титанового металла оно должно быть не выше 0,015 %;
• во время нагревания титановые сплавы усилено воздействуют с азотом. Если в составе сплава из титана будет превышен уровень азота, то этом может вызвать изменения физических свойств основы, а именно — прочность сплава станет намного выше, но вот свойства пластичности снизятся в несколько раз. Согласно существующим нормам наибольший показатель азота в составе сплава из титана должен составлять не больше 0,04-0,05 %;
• самым вредным газом для титановых сплавов является водород. Если его содержание в составе металла будет составлять выше нормы, то это может вызвать сильную хрупкость, образование на поверхности трещин, больших пор. В норме водород в составе титановых сплавов должен быть не выше 0,01-0,15 %.

Нюансы ручного режима сварки титана в аргоне

Добиться прочного шва при сварке титана аргоном удается за счет обеспечения чистоты поверхности деталей и присадки. Другим обязательным условием является правильная настройка сварочного аппарата. При несоблюдении техники сварки аргоном на месте шва всегда появляются сварные дефекты. Прежде чем приступать к работе, выполните продувку и прочистку горелки, защитной насадки. Не забывайте про подкладки для обратной стороны шва – с их помощью можно проверить наличие воздуха в системе.

Сварка ведется без предварительного нагрева. Исключение составляют ситуации, когда возможна влажность, наличие конденсата на титане – тогда нужен нагрев до 70 °C.

При TIG-технологии рекомендуется высокочастотное зажигание для дуги. Когда вы работаете с присадкой, длина дуги равна 1 – 1,5 сечения электрода. Если сварка аргоном производится без присадки, этот параметр соответствует диаметру вольфрамового электрода. Помните, что в царапинах, образующихся на металле при касании вольфрамовых электродов, остаются частицы вольфрама. Когда все работы завершены, затухание дуги должно происходить постепенно, для этого плавно понижайте ток. Защиту сварного шва, околошовной зоны обеспечивают и после выключения дуги, когда температура опускается до 427 °C.

При соединении аргоном тонкостенных деталей зазор между кромками должен составлять 0,5 – 1,5 мм. В этом случае можно не формировать кромки и отказаться от присадочной проволоки. Кстати, последняя должна совпадать по составу с основным свариваемым металлом.

Сварка титана аргоном предполагает такие режимы: если используется вольфрамовый электрод диаметром 1,5 – 2 мм и присадочная проволока диаметром 2 мм, а толщина свариваемых заготовок составляет 2 мм, нужно выдерживать ток 90 – 100 ампер. Повышение толщины металла до 4 мм позволяет варить его током в 120 – 140 ампер. И самое главное, о чем нужно помнить: для работы с титаном и его сплавами используется переменный ток постоянной полярности.

Также есть ряд других существенных условий для качественной сварки титана аргоном:

• Для ручной технологии используется короткая дуга, не допускаются колебания электрода, присадки. Сварщик осуществляет движение вдоль шва.
• Сваривание ведется углом вперед, то есть электрод должен быть направлен в сторону, противоположную направлению движения.
• Угол между присадкой и электродом 90°.
• Присадка подается в сварочную ванну непрерывно.
• После гашения дуги защитный газ продолжает подаваться, обеспечивая охлаждение ниже 400 0С, в среднем на это уходит минута.

Дальнейшее охлаждение металла является гарантией качественного шва. Вы можете определить это по цвету. В норме шов светлый, соломенный, желтый. А вот серый, синеватый или черный говорят об окислении, что плохо сказывается на качестве.

Технология сварки аргоном полуавтоматом или автоматом совпадает с ручной. Единственный нюанс, о котором нельзя забывать – отверстия в сопле горелки. В соответствии с ГОСТ их диаметр равен 12 – 15 мм. Зажигать и гасить горелку рекомендуется на специальных подкладках, планках.

ЗАЩИТА ШВА ТРУБОПРОВОДА

Защита при приварке фланца

Защита при сварке секционных отводов

Технология сварки

Подготовка состоит из зачистки кромок, окислы снимают на расстоянии до 2 см от кромки, и обезжиривания (нужно протирать титан в перчатках, чтобы от пальцев не оставалось следов). Затем металл протравливают горячей смесью (60°С) соляной кислоты (в 650 мл растворяют 350 мл) и фторида натрия (50 г). Состав наносится на 10 минут.

Для сварки титана и его сплавов используют:

• холодный метод;
• дуговой с использованием электродов;
• контактный;
• лучевой.
• Рассмотрим их подробней.

Ручная дуговая сварка

Используют тугоплавкий электрод на основе вольфрама (с итрированной или лантановой обмазкой). Его необходимо заточить под углом 45°. Сила тока удерживается на уровне 90–100 ампер. Тонкие изделия до 1,5 мм соединяют встык без присадки, остальные – с подачей прутка. Присадку по составу выбирают под сплав, перед работой ее отжигают в вакууме – удаляют водород. В герметичной упаковке она сохраняет свои свойства до 5 суток.

Максимальный ток при работе с 4 мм деталями – 140 А, 10 мм – до 200 А.

Аргонодуговая сварка титановых сплавов автоматом или полуавтоматом плавящимися электродами эффективна при использовании насадок, локализующих защитную атмосферу в нужной зоне. При ручной сварке титана аргоном:

• нужен ток постоянной полярности напряжением от 10 до 15В;
• электрод направляется вперед под углом;
• скорость образования шва – не меньше 2–2,5 мм/сек;
• присадка подается перпендикулярно;
• шов формируется на короткой дуге точными движениями;
• до охлаждения шов обдувается аргоном.

Расход инертного газа в минуту с внешней стороны 5–8 л, с обратной поверхности стыка достаточно 2 л/мин.

Электрошлаковая сварка

Применяется для толстостенных и кованых деталей из титановых сплавов, легированных алюминием и оловом. Рабочие параметры тока (варьируются в зависимости от толщины детали):

• сила от 250 до 330А;
• напряжение — 24-38В.

Такую нагрузку способен обеспечить мощный трансформатор. На металл наносят флюс марки АН–Т2, при разогреве он образует шлаковую ванну. Инертная атмосфера снижает риск самовозгорания металла, в аргоне стык находится до полного остывания. Расход защитного газа до 8 л/мин. Шов получается за счет использования пластинчатых титановых электродов сечением 12х60 мм или круглыми 8 мм. Прочность такого соединения значительно ниже, чем у титана, теряется до 2/3 пластичности.

Контактная сварка

Варить титан токоподающими электродами, образующими дугу внутри металла, можно несколькими способами:

1. Встык соединяют элементы с площадью сечения от 150 до 104мм2. Сила постоянно тока от 1,5 до 50А, максимальный вылет электродов – 20 см.
2. Точечно, способ применим для соединения титанового сплава внахлест. Получается прочный, но не герметичный шов. В зависимости от толщины листов сила сжатия электродов – от 1,9 до 6,8 кН; диаметр точки от 4 до 8 мм; импульсный ток от 7 до 12 кА.
3. Роликовый – непрерывный ряд овальных точек, образующих шов. Электроды-ролики катятся по поверхности, проваривают металл до 3 мм.
4. Конденсаторный способ схож с роликовым, импульс формируется в конденсаторной батарее, достигает 2100 в. Дуга прожигает титан до 1,5 мм толщиной, оксиды, ухудшающие соединение, испаряются.

Электронно-лучевая сварка

Мелкозернистый шов на титане до 160 мм создается мощным лучом. Пользоваться электронно-лучевой сваркой титана удобно при монтаже воздуховодов для отходящих газов. Этим способом соединяют стальные и титановые сплавы с образованием прочных соединений.

Особенности холодной сварки

Отсутствие термического воздействия, при котором наблюдаются, по сути, разрушительные процессы в структуре титана, делают этот способ почти идеальным, но и тут есть свои нюансы. Холодная сварка производится под высоким давлением, которое деформирует кристаллы структуры, в результате смещая их и образуя общий сплав. Непосредственно сварка производится внахлест с помощью специальных зажимных механизмов. Силовое механическое воздействия также отличает этот способ, что требует более высоких финансовых затрат. Есть и другой недостаток, которым характеризуется холодная сварка. Титан, в конструкции которого есть образованные такой спайкой швы, менее надежен и может задействоваться только в конструкциях, не предполагающих высокие физические нагрузки.

Основные способы сварки материала

Из-за необходимости защиты шва от вредоносного воздействия окружающего воздуха, а также в связи со склонностью титана и титановых сплавов терять прочность при длительном термическом воздействии широкое распространение получили лишь такие виды сварки материала:

• электродуговая в защитной газовой среде – предполагает быструю проварку шва неплавящимся или плавящимся электродом в камере, заполненной аргоном, гелием или другими инертными газами;
• электрошлаковая сварка – обеспечивает защиту шва тугоплавкими фтористыми флюсами, плавление которых осуществляется низковольтным переменным током;
• электронно-лучевая и лазерная технологии – позволяют проводить сварку в полностью изолированной безвоздушной среде при отсутствии прямого контакта с заготовками, высокая концентрация тепловой энергии гарантирует быструю проплавку и малую ширину шва;
• альтернативные виды – включают сварку титана и его сплавов давлением, трением, взрывом и прочими способами, предполагающими взаимопроникновение стыкуемых поверхностей под действием механических сил.

Ограниченно применяются дуговая сварка под флюсом и контактная точечная сварка титана. Среди их преимуществ – относительная простота, дешевизна и низкая трудоемкость технологий, но качество шва значительно уступает рассмотренным выше методам.

В машиностроении распространена практика сварки изделий из титана или титановых сплавов со сталью. Она осложнена вероятностью возникновения хрупких химических соединений – титанидов железа (FeTi и Fe2Ti). Проблема решается выбором особых режимов проварки шва в среде аргона вольфрамовым электродом, а также методом комбинированных вставок, когда между заготовкой из титана и заготовкой из стали помещается прослойка из бронзы или тантала. Особо сложные соединения требуют совместного использования бронзы и ниобия, которые соединяют в камере с контролируемой атмосферой.

Общие сведения о способах сварки

Базовыми методами сварочной обработки титана можно назвать дуговой ручной и автоматический способы. Что касается оптимальных сред, то наиболее эффективными считается гелий и аргон. Но важно учитывать, что в первом случае требуется включение в среду некислородного флюса. Также распространен метод электрошлаковой сварки. Его обычно используют в работах с толстыми заготовками, требующими к тому же высокой термической накалки. При грамотной организации неплохой результат обеспечивает и контактная сварка. Данный процесс требует, в частности, устройства сбалансированной защиты газом. Если применять в работе подкладки, то обеспечится высококачественная сварка титана. Технология плавления, например, подразумевает организацию специальной защиты оборотной части заготовки с помощью аргоновых газов. В свою очередь подкладка может обеспечить этой стороне дополнительное предохранение в условиях повышенной температурной нагрузки, об опасностях которой говорилось выше.

Как правильно подготовить детали для сварки титана аргоном

Сварка титана аргоном проводится при полной изоляции свариваемых поверхностей от атмосферы, поэтому чаще всего применяются автоматическая или полуавтоматическая технология.

Безусловно, ручная сварка этого металла возможна, но для нее используется специальная горелка с керамическим соплом: через нее под давлением подается инертный газ, аргон, который вытесняет воздух.

На схеме показаны приспособления для защиты шва газом и его подачи в повышенном объеме.

Перед сваркой титана аргоном подготавливают кромки и присадки, поэтому также приводим таблицу разделки кромок.

Необходимо зачистить металлические поверхности стальной щеткой, «шкуркой», обезжирить.

Одним из самых распространенных растворителей для обезжиривания металлических поверхностей является ацетон, но у него резкий запах, он довольно токсичен. Об этом говорит тот факт, что ацетон относится к 4 классу опасности. При вдыхании в течение небольших отрезков времени его умеренных и высоких концентраций появляется раздражение глаз, дыхательных путей, повышенная частота пульса, головные боли, тошнота, рвота и даже возможна клиническая кома.

Поэтому стоит выбирать более безопасные, но эффективные составы для очищения поверхности металла. Один из вариантов – денатурированный спирт, его наносят на металл безворсовой тканью. Это спирт с добавками, из-за которых его употребление в пищу становится невозможным. С одной стороны, они имеют ужасный вкус, а с другой – вызывают рвоту, и даже могут стать причиной слепоты.

Перед соединением детали из титана подвергают травлению смесью соляной кислоты с водой и фторидом натрия в следующей пропорции: 350 мл HCl, 650 мл дистиллированной воды, 50 г фторида натрия. На травление уходит около 10 минут при 60 – 65 °C.

Еще один способ, позволяющий удалить оксидную пленку – это смесь из 2 – 4 % фтористоводородной кислоты и 30 – 40% азотной кислоты. Травление длится 30 секунд, а температура не превышает 60 °C.

После этого металл тщательно шлифуют при помощи наждачной бумаги до № 12, проволочных щеток, шабер. Важно убедиться, что получились ровные края деталей без заусенец и трещин. Аналогично зачищается и присадочная проволока для сварки титана аргоном. Далее пора переходить к сварке.

Работа в среде защитного газа аргона ведется с помощью присадочных материалов. Последние делятся на группы по составу (палладий, ванадий, алюминий) и содержащейся в них доле кислорода. В таблице есть характеристики присадок из титана и его сплава:

Очень важно, чтобы прутки и проволока при сварке титана не выходили из-под газовой защиты, так как присадки загрязняются на воздухе.

Аргонодуговая технология требует применения постоянного тока прямой полярности и вольфрамовых электродов. Иногда приходится использовать специальные приспособления, в которые поступает инертный газ, вытесняя воздух.

Возможна сварка титана аргоном при помощи медных, стальных подкладок. В них делают отверстия для подачи газа.

Для соединения труб используют специальные фартуки с разным закруглением, чьи характеристики определяются диаметром трубы.

Полуавтоматическую или автоматическую технологии осуществляют в специальной капсуле, заполненной аргоном либо гелием. Если речь идет о трубах, их не помещают в защитную среду, а герметизируют и заполняют аргоном.

Еще одно немаловажное требование к такой работе – это наличие перчаток на руках, ведь даже чистые руки оставляют на кромке потожировые следы. Последние негативно сказываются на качестве сварного шва.

Контроль качества

Процесс сварки титановых сплавов регламентирован госстандартом ИСО 5817-2009. В зависимости от легирующих добавок прочность соединения составляет от 60 до 80% прочности сплава. Оксидная пленка видна сразу, цвет зависит от степени окисления титана:

• желтая – среднее качество соединения, прочность удовлетворительная;
• коричневый или фиолетовый – шов непрочный, нарушена технология.

Пористость возникает при контакте с водородом, если скорость подачи аргона низкая.

Возможные дефекты при сварке титана аргоном и способы их устранения

Единственный способ избежать дефектов при соединении элементов из титана аргоном – это использование лазера, во всех остальных случаях возможны погрешности. ГОСТ определяет, что дефекты появляются вследствие несоблюдения технических условий, нарушения технологии, в результате чего конструкция становится непригодной к использованию.

Согласно ГОСТ, дефекты делятся на такие виды:

• трещины;
• поры;
• твердые образования;
• несплавления;
• неправильный шов;
• другие разновидности.

ГОСТ не допускает наличие трещин-разрывов в шве или прилегающих местах, поскольку они образуют центр разрушения.

Причина появления разрывов обычно кроется в высоком содержании углерода, никеля, водорода, фосфора в расплавленном металле. Сразу скажем, что при соединении лазером отсутствует вероятность образования трещин. Чтобы убрать появившиеся трещины, необходимо засверлить концы дефекта, после чего устранить трещину механическим путем и строжкой, зачистить и сварить участок.

Поры ГОСТ определяет как полости, заполненные газом. Вполне логично, что этот дефект образуется при сварке титана аргоном из-за высокого газообразования. Место с порами ослабляет всю конструкцию, поэтому его переваривают, перед этим зачистив механическим путем.

Твердыми включениями называют инородные металлические и неметаллические вещества, включенные в шов, снижающие его прочность и концентрирующие напряжение. Поэтому место с дефектом полностью вырубают, удаляют строжкой, заваривают.

Несплавления — это отсутствие соединения металла со швом, вызванное нерасплавлением части кромки стыка. Этот дефект может появиться при неправильном выборе формы угла или режима сварки, плохой предварительной обработке кромок. Поскольку несплавления отрицательно влияют на прочность шва, место дефекта вырубают, зачищают, после чего заваривают.

Нарушение формы представляет собой несовпадение формы шва с установленными требованиями. Такой недостаток появляется из-за скачков напряжения в сети, неправильного угла наклона, пр. Он может привести к внутренним дефектам шва, поэтому прибегают к завариванию места тонким швом электродом небольшого диаметра.

Какие методы применяют

Для сварки титана можно использовать как «холодный» метод, так метод дугового флюса либо плазменно-дуговую сварку.

Но самым популярным считается метод сварки титана аргоном, то есть плавлением в изолированной аргоновой среде, который был частично описан выше. Детали крупного сечения соединяют методом электрошлаковой сварки.

Многое зависит от вида сплава. Титан марки ВТ1-ВТ5 сваривается очень хорошо, хотя не подлежит закалке. Сплавы ВТ15 — ВТ22 свариваются значительно хуже, образуя крупнозернистый шов низкой прочности, но при этом закалка может повысить его прочность. Остальные виды титановых сплавов — промежуточные.

Возможны следующие виды контактной сварки:

• стыковая;
• точечная;
• роликовая;
• конденсаторная стыковая (для труб).

При аргоновой сварке с флюсом применяется бескислородный флюс АН-11 или АН-Т2.

ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА НАГРЕТЫХ УЧАСТКОВ

Специальная подкладка для защиты корня шва, нагретого до 250-300°С

Защитные приспособления из нержавеющей стали для тавровых и угловых соединений

Сварка аргоном и полуавтоматом

Если будут правильно выполняться все требования и правила аргонодуговой сварки, то можно добиться высокую прочность сварного шва титановой трубы и других конструкций из сплавов. Если же будет нарушена технология сварных работ, то качество соединения заметно снизится.

Для титанового металла в отличие от других цветных металлов требуется аргон высокого качества. Жидкая основа сварного соединения обязательно должна быть полностью защищена от атмосферного воздуха. Кроме этого горячую область рядом со швом требуется предохранять во время процесса кристаллизации и дальнейшего остывания до 427 градусов.

Технология сварки аргоном титана выполняется с учетом следующих рекомендаций:

• сварка аргоном титана должна выполняться на постоянном токе с прямой полярностью;
• в процессе сваривания требуется применять вольфрамовые электроды;
• иногда сваривание титановых сплавов при помощи аргонодуговой сварки может потребовать дополнительные приспособления, через которые будет поступать инертный газ, вытесняя воздух. Данные элементы могут иметь любую форму и размеры;
• сварка при помощи аргоном также выполняется с применением прокладок из меди или стали. В них можно вырезать отверстия для подачи газа;
• соединение труб производится специальными фартуками. Данные элементы могут иметь различные закругления;
• если соединение производится встык или внахлест, при показателе толщины металла не менее 3 мм, то присадочная проволока может не применяться. В этих случаях устанавливается сопло по наибольшему диаметру и увеличивается степень подачи аргонового газа;
• сварка титана со сталью должна выполняться на короткой дуге, при этом не должны быть колебательные движения. А подача присадочного прута должна быть в беспрерывном режиме;
• подача газа после гашения дуги должна продолжаться еще на протяжении 1 минуты. Выполнение данного действия предотвратит окисление шва.

Применять аргонодуговую сварку стоит осторожно. Важно не допускать взаимодействия вольфрамового электрода со сварочной ванной. Это позволит предотвратить проникновение вольфрамовых частиц в область сварного шва.

Сварка титана полуавтоматом похожа на аргонодуговое сваривание, но она имеет повышенную экономичность и высокую степень производительности во время соединения заготовок с размером толщины более 1 см.

При полуавтоматической сварке применяется источник тока с обратной полярностью. Сварочная горелка должна быть оснащена дистанционным устройством для регулирования показателей силы тока. Это поможет предотвратить серьезные нарушения сварочного процесса.

Ручной процесс

Сварка сплавов с титаном (в общем случае) производится постоянным током, полярность прямая. Ток зависит от толщины соединяемых деталей, калибра электрода и диаметра присадочной проволоки, изменяется в диапазоне 90-200 А.

Чем выше толщина металла, тем больший подается ток. Так, детали толщиной 2 мм соединяются при токе 90 А, 3-4 мм — 130-140 А, 10 мм — 160-200 А. Рекомендуется использовать минимальный ток из возможных. Напряжение всегда одинаково — 10-15 В.

Электроды

Используются неплавящиеся электроды из вольфрама, которые перед началом работы затачиваются под углом 30-45 °C (как у карандаша). Чем больше угол заточки, тем меньше глубина проплавления.

При интенсивном использовании электрод нужно будет снова заточить, как только он затупится. Рекомендуются электроды, содержащие оксид лантана, так как их несущая способность на 50% выше, чем у изделий из чистого вольфрама. Благодаря этому сварной шов будет менее загрязнен вольфрамом, чище, а значит — прочнее.

Проволока

Присадочная проволока — это проволока из титана соответствующего сплава, она подбирается конкретно к свариваемым деталям по специальным таблицам. Проволоку стоит отжигать под вакуумом для удаления водорода, который может присутствовать в сплаве, и в любом случае необходимо зачищать от окислов. Зачищенная проволока хранится в герметичной тубе не более 5 дней.

Если сваривают металл толщиной не более 1,5 мм стыковым методом, то применять проволоку необязательно. Шов без присадки будет даже прочнее.

Особенности технологии

При сварке выдерживается постоянная скорость движения электрода и обеспечивается непрерывная подача присадки. Скорость электрода должна составлять пример 2-2,5 мм/сек. Необходимо выдерживать высокую точность движений, избегать колебаний и уводов электрода в сторону. Электрод должен касаться шва как бы снизу вверх, сварка идет «вперед углом».

Во время всего процесса и около минуты после отключения горелки на свежий шов необходимо продолжать подавать защитный газ, пока температура шва не опустится ниже 400 °C.

В зоне сварки аргон расходуется со скоростью 5-8 литров в минуту, на оборотной стороне шва — 2 литра в минуту.

При сварке титановых труб их концы герметизируются, а инертный газ — аргон, реже гелий — закачивается внутрь при помощи специального насоса.

В домашних условиях, при отсутствии такого оборудования сварить титановые трубы невозможно. Исключение — конденсаторная стыковая сварка труб из титана марки ВТ1-ВТ2, диаметром не более 23 мм и толщиной стенок не более 1,5 мм.

Их можно сваривать вне защитной газовой среды, но только конденсаторным способом, при высоком зарядном напряжении — 850-2100 В.

Источники

• https://svaring.com/welding/soedinenie/svarka-titana
• https://www.syl.ru/article/315865/kak-i-chem-varit-titan-svarka-titana-tehnologiya-i-osobennosti
• https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/svarka-titana.html
• https://vt-metall.ru/articles/162-svarka-titana-argonom
• https://osvarka.com/svarka-metallov/svarka-titana-i-ego-splavov
• https://svarkaprosto.ru/tehnologii/kak-i-chem-varit-titan
• https://elsvarkin.ru/texnologiya/svarki-titana/

[свернуть]

Facebook

Twitter

Мой мир

Вконтакте

Одноклассники

Google+

СВАРКА ТИТАНА аргоном, полуавтоматом – [технология и видео]

[Сварка титана и его сплавов] — сложный процесс, так как прочный и легкий титан, раскаленный до 400°С, становится легко разрушаемым под действием паров азота и кислорода.

Сварка должна выполняться с соблюдением определенных условий, не допускающих воздействия на материал окружающей среды.

Сварка титанового материала и его сплавов бывает следующей: аргоно-дуговая, плазменно-дуговая, холодная и др. Рассмотрим основные технологии.

Аргонодуговая сварка и полуавтоматом

Сварка титана и сплавов аргоном и сварка полуавтоматом востребованы, так как позволяют выполнить сложную и тонкую обработку материала.

Технология представляет собой чистую и качественную сварку для любых материалов, особенно это касается тех, к которым не применима традиционная сварка.

При соблюдении всех условий и требований сварочный шов будет устойчив к коррозии, а при нарушении условий качество шва будет значительно ниже.

Аргон используется для поддува с целью защиты металла от среды.

Аргоном можно обрабатывать крупные изделия, небольшие детали из титана и сплавов.

Также сварка аргоном может работать от малого тока, благодаря этому возможна обработка металла толщиной 0,5 мм.

Аргоном восстанавливаются титановые изделия, утратившие объем.

Аргоно-дуговая сварка состоит из следующих операций:

• удаление оксидной пленки с обрабатываемого изделия, зачистка кромок газокислородом, поддува;
• изделия обрабатываются раствором фтора и соляной кислотой при 65°.

Чтобы исключить реакцию титана и сплавов с окружающей средой, рабочее место защищается с внешней и внутренней стороны.

Для этого используются стальные или медные прокладки, прижимаемые к шву. Еще используются защитные козырьки или специальные насадки.

Так же участок сварки с двух сторон защищается бескислородными флюсами с содержанием фтора. Если защита была обеспечена качественно, то на шве образуется оксидная пленка.

Перед работой титан очищается стальной щеткой от грязи и коррозии и обезжиривается растворителем. Крайне не рекомендуется сваривать необезжиренные элементы и работать с такими элементами без рукавиц.

Технология сварки титана и сплавов аргоном осуществляется на постоянном токе, выдаваемого специальным токопроводящим устройством – горелкой с керамическим соплом с электродом из вольфрама.

Видео:

Контактируя со сжатой электродугой, металлическая кромка начинает плавиться, в результате чего образуется ванна с температурой до 6000°.

Давление сжатой дуги обеспечивает оттеснение жидкого титана, и дуга горит в появившемся углублении, улучшая плавление.

Аргоно-дуговая технология основывается на применении источника питания постоянного тока DC прямой полярности, а для сварки полуавтоматом – обратной полярности.

Горелка снабжается датчиком дистанционного регулирования подачи тока для предотвращения нарушения процесса.

Аргон надежно защищает внутреннюю и наружную стороны рабочего места от влияния азота, водорода, кислорода, а также выполняет первичную защиту жидкой сварочной ванны, вторичную защиту кристаллизирующегося металла и пространства возле шва.

Для защиты жидкой сварочной ванны обязательным условием является правильно выбранная горелка, которая обязательно должна иметь керамическое сопло и газовую линзу.

И при работе полуавтоматом, и аргоном, если толщина обрабатываемого металла больше 15 мм, то потребуется присадочная проволока.

С тонким металлом сварка осуществляется без присадки и без зазора встык.

Видео:

Титан, толщина которого превышает 15 мм, сваривается дугой в один прием, тем самым обеспечивается ровный цельный шов, не нуждающийся в зачистке, герметичный, прочный и долговечный.

Для определения эффективности и расхода аргона делается пробный шов. Качественный шов будет серебристым, а синий или желтый оттенок говорит о преждевременном снятии аргона.

Для обеспечения защиты кристаллизирующегося титана и пространства около шва используется специальная насадка на горелку, которая обеспечивает равномерное распределение аргона внутри оборудования.

Перед сборкой заготовки участок шва подвергается абразивной обработке. Любые дефекты на шве, например, трещинки и заусенцы, должны отсутствовать.

Аргонодуговая сварка сплавов имеет определенные особенности, учитывая которые можно создать шов хорошего качества.

Предварительно необходимо продуть горелку, также должна быть продута защитная насадка и прокладка для оборотной стороны шва.

Поджигание сжатой электрической дуги осуществляется осциллятором. Для погашения сжатой электрической дуги достаточно плавно снизить силу тока.

Предварительно нагреть металл нужно в том случае, если присутствует влага. Длина электродуги без присадочной проволоки должна быть одинаковой по диаметру с электродом.

С проволокой длина электродуги должна составлять 1-1,5 диаметра электрода. Сварка аргоном и полуавтоматом представлена на видео в статье.

Холодный и плазменный метод

Холодная технология или холодная сварка подразумевает сваривание титана и его сплавов путем сдавливания.

Холодная сварка представляет разрушение кристаллической решетки, вместо которой возникает новая решетка посредством соединения слоев титана. Холодная сварка выполняется в твердом состоянии на улице.

Метод позволяет получить надежное соединение без сложных технологий, не используя различные непростые приспособления.

Холодная сварка белого титана отличается тем, что обработка производится под действием давления без внешнего нагрева. Холодная сварка может осуществляться при любой температуре воздуха.

Сварка листов производится внахлест со специальными фиксирующими зажимами, которые позже снимаются, и листы соединяются.

Сварка плазменной дугой характеризуется высокой температурой до 30000° и наличием плазмотрона – главной части технологии.

В связи с высокими показателями плавления, по сравнению с аргоно-дуговой сваркой, сварка плазменной дугой обладает следующими достоинствами:

• высокая производительность;
• тепловое воздействие только на зону шва;
• небольшое количество защитного газа;
• стабильное горение малоамперной электродуги;
• низкое влияние длины электродуги на качество шва.

Плазменная дуга возникает от плазмотрона. Есть 2 типа плазмотрона: с дугой прямого и косвенного действия.

Для первого плазмотрона характерно образование дуги между электродом из вольфрама, встроенным в газовую камеру и обрабатываемым титаном.

Сопло плазмотрона — электрически нейтральная часть, благодаря которой обеспечивается сжатие дуги.

Для данного типа плазмотрона характерно совмещение струи с дугой, благодаря чему обеспечивается высокотемпературный режим и тепловая мощность. Данная технология довольно популярна.

Создать электродугу между электродом и титаном непросто. Поэтому при подведении к титану плазмотрона, в первую очередь, нужно создать дугу между электродом и соплом, так называемую, дежурную дугу.

Затем соединяя дежурную дугу и факел титановой детали, автоматически образуется основная дуга между электродом и титаном.

Видео:

Для второго типа плазмотрона характерно создание электродуги между электродом и соплом.

В основном использование такого вида плазмотрона необходимо для нагрева, напыления и т.д.

Плазменная сварка с дугой применима для тонкого металла менее 1 мм, а также для сложных случаев, например, для сварки титана с легированной нержавейкой. Все работы по сварке титана и сплавов представлены на видео.

Возможные дефекты

При сварке титана, если она не производится лазером, возможны дефекты. Согласно ГОСТ, дефекты появляются из-за несоблюдения технических условий, нарушения технологии, после чего конструкция становится непригодной.

По ГОСТ дефекты бывают следующих видов:

• трещины;
• поры;
• твердые образования;
• несплавления;
• неправильный шов;
• иные дефекты.

Трещины-разрывы в шве или прилегающих местах, согласно ГОСТ, недопустимы, так как создается центр разрушения.

Образование разрывов объясняется высоким содержанием в расплавленном металле углерода, никеля, водорода, фосфора. При сварке лазером вероятность образования трещин сводится к нулю.

Для устранения трещин нужно засверлить концы дефекта, затем устранить трещину механическим путем и строжкой, после этого участок зачищается и заваривается.

Поры, согласно ГОСТ — это полости, заполненные газом. Образуются из-за высокого газообразования.

Место с порами нужно переварить, предварительно зачистив механическим путем, так как дефект ослабляет конструкцию.

Твердые включения по ГОСТ – это инородные металлические и неметаллические вещества в шве, снижающие прочность шва и концентрирующие напряжение, поэтому место с дефектом вырубают до здорового участка и удаляют строжкой, затем заваривают.

Видео:

Несплавления по ГОСТ — это отсутствие соединения между металлом и швом. Образуются при дуговой сварке из-за нерасплавления части кромки стыка.

Это может произойти, если неправильно выбрана форма угла, плохо зачищены кромки, неправильно выбран режим сварки. Такие дефекты снижают прочность шва. Место дефекта нужно вырубить, зачистить и вновь заварить.

Нарушение формы по ГОСТ — отклонение формы шва от установленных требований.

Причинами возникновения могут послужить колебания напряжения в сети, неправильный угол наклона и др. Последствием могут быть внутренние дефекты шва.

Для устранения место дефекта заваривается тонким швом электродом небольшого диаметра.

Сварка титана и его сплавов

Титан – высокопрочный материал, сохраняющий устойчивость к коррозии в том числе в агрессивных средах. Прочность чистого титана находится в пределах от 267 до 337 МПа. Сплавы, особенно с алюминием, ванадием, хромом, оловом и другими отличаются более высоким коэффициентом прочности – до 1400 МПа. Но при этом сплавы достаточно пластичны, благодаря чему они востребованы в судостроении, машиностроении, химической отрасли, авиа- и приборостроении, в ракетной промышленности, у которых сварка титана является неотъемлемой частью производства.

Содержание статьи

Сварка титана – возникающие сложности и пути их преодоления

Элемент обладает высокой химической активностью, что является основной причиной сложностей, возникающих при сварке титана и его сплавов. При нагревании и находясь в расплавленном состоянии металл активно реагирует с такими элементами, как азот, водород, кислород. Взаимодействие с кислородом, которое начинается уже при комнатной температуре, приводит к образованию на поверхности титана альфинированного слоя – прочной корки, которая защищает поверхность от ее дальнейшего окисления. А реакция нагретого металла с кислородом приводит к образованию окислов, которые также очень прочные и непластичные. Причем в зависимости от степени окисления такая оксидная пленка имеет различный оттенок цвета – от желто-золотистого и до темно-фиолетового, постепенно переходящего в белый. По расцветке можно определить качество защиты околошовной зоны при сварке титановой трубы.

Взаимодействие с азотом (реакция наступает при нагреве материала до 500 градусов) также приводит к снижению качественных характеристик изделий – повышается прочность, но при этом снижается пластичность. Поэтому перед тем, как сваривать титановые заготовки, поверхность металла нужно очистить от альфинированного слоя и азота, чтобы их частички не попадали в область сварного шва, поскольку из-за этого могут образоваться холодные трещины.

Также негативно влияет на качество титана и водород. Уже при 200-400 градусах они вступают в реакцию, в результате чего металл воспламеняется. Даже при снижении температуры сохранившиеся в изделии гидриды становятся причиной растрескивания титановой трубы, образования пор и холодных трещин. Причем они могут образоваться даже спустя длительный промежуток времени после сваривания.

Чтобы избежать насыщения титана газами, его необходимо защитить. На практике применяются специальные прокладки, изготовленные из металла или флюса, а также газовые подушки. Для защиты применяются местные камеры-насадки, закрывающие непосредственно как зону сварки, так и свариваемый узел. Максимальной защиты можно добиться, поместив в насадки сетчато-пористый материал. Он обеспечит ламинарный поток инертного газа. Также необходимо защитить обратную сторону шва при помощи подкладок или специальных насадок.

 

При работе на воздухе, чтобы расширить зону защиты, подача инертного газа производится из сопел, оборудованных насадками длиной до 50 см, дополнительно подается газ через специальные подкладки, установленные с обратной стороны сварного шва. Кроме того, весь свариваемый узел можно поместить внутрь герметичной камеры.

Способы сварки титана и сплавов

Для сварки титана используется несколько основных методов. Это дуговая, контактная, электрошлаковая, электронно-лучевая сварка. Они отличаются материалом изготовления используемых электродов, структурой образующихся соединений и толщиной изделий, которые свариваются между собой.

При любом из способов сварки титана используются присадки из схожего по составу материала – в частности, проволока ВТ1-00. Подготовка кромок титановой заготовки производится механическим способом, а их поверхность и поверхность проволоки и прилегающего металла зачищается травлением или также механически.

Дуговой метод сварки

При дуговой сварке титановых сплавов используются вольфрамовые электроды двух типов: неплавящиеся иттрированные и лантанированные. А если выполняется сварка титана полуавтоматом или автоматическим аппаратом, применяются плавящиеся электроды.

Самый популярный тип – сварка аргоном титана автоматическими установками на воздухе. В этом случае применяется любой плавящийся электрод (чугунный, алюминиевый, медный), на сварочную горелку устанавливается насадка, которая защищает участки металла, нагретые до 250-300 градусов, от воздуха.

Сварка аргоном титана, если толщина изделий не более 1,5 мм, производится встык, и без подачи присадочной проволоки. Более толстые детали сваривают с подачей прутка. Предварительно с проволоки, с кромок заготовки и прилегающего металла нужно удалить альфинированный слой.

Если производится сварка титана полуавтоматом вручную, ее необходимо выполнять на короткой дуге, поддерживая между электродом и присадкой прямой угол. По завершении сварки титана полуавтоматом нельзя прекращать подачу аргона до снижения температуры металл ниже 400 градусов.

Чтобы повысить эффективность сварки титановой трубы плавящимся электродом в присутствии инертных газов, проволоку перед началом работы подогревают проходящим током, а также используют импульсно-дуговую сварку. Тем самым, при сварке титана полуавтоматом сокращение погонной энергии вдвое ведет к увеличению ее производительности также вдвое. А чтобы меньше расходовать дорогостоящие материалы, сварку осуществляют в щелевую разделку.

Электрошлаковый метод

Электрошлаковая сварка подразумевает использование электродов для сварки пластинчатого типа, изготовленных из того же материала, что и свариваемый металл. Толщина титановых электродов должна составлять 8 – 12 мм, а ширина зазора должна равняться толщине заготовки. Защиту от перегрева обеспечивает аргон. В результате прочность сварного шва оказывается высокой, поскольку полученные соединения обладают характеристиками, схожими с исходным материалом. Подобный метод, когда используются титановые электроды, эффективен при работе с деталями толщиной от 40 мм.

Электронно-лучевой способ

Лучевая сварка отличается тем, что сварной шов в результате обладает мелкозернистой структурой. Также такой вариант сварки титановой трубы позволяет обеспечить надежную защиту металлических поверхностей от газов. Данный способ используется при сварке титановых труб, толщина которых не превышает 160 мм.

Чтобы исключить образование пор и разрывов в соединении, сварка титана с заготовками из других металлов осуществляется при горизонтальном расположении луча.

Сварка титана и его сплавов со стальными заготовками – особенности процесса

Сварка титана со сталью помогает снизить вес конечных материалов. Это находит свое применение при проектировании сооружений различных типов. Однако из-за существенных различий в свойствах материалов сложно добиться высокопрочных соединений, отличающихся долговечностью. Разработки в этом направлении ведутся и сейчас. Наибольшие сложности возникают при необходимости сваривания титана с нержавейкой.

 

В настоящее время используются такие методы сварки со сталью, как:

• Сварка взрывом. В этом случае используются промежуточные прокладки из таких металлов, как медь (Cu), никель (Ni), серебро (Ag) либо сплавы тугоплавких металлов.
• Диффузионный метод сварки. Таким способом производится в том числе соединение титана с нержавейкой. В результате соединения получаются очень прочными, за исключением зоны шва, где их прочность будет ниже, чем у исходных заготовок.
• Клинопрессовая сварка титановой трубы. Таким способом удается получить достаточно качественное соединение.
• Контактный и ультразвуковой способы сварки.

Из всех способов, которые используются при сваривании заготовок, наиболее востребованной является технология сварки титана методом плавления – аргонодуговая.

Таким образом, существует ряд методов соединения титановых изделий, в том числе широко используется сварка титана полуавтоматом. Зная особенности сварки титана и его сплавов, можно добиться нужного результата.

Сварка титана | Сварка | Сварочное оборудование

Нажмите на изображение, чтобы увеличить Шон Релье

Знайте, в чем заключаются трудности, и готовьтесь к ним

Титан имеет самое высокое отношение прочности к весу среди всех металлов и довольно устойчив к коррозии. Таким образом, он часто используется для увеличения срока службы деталей, работающих в тяжелых условиях. Легкие титановые сплавы используются во многих отраслях промышленности, включая медицину для протезирования и авиакосмическую промышленность для реактивных двигателей и космических кораблей.Несмотря на то, что титан очень полезен, он имеет репутацию трудно поддающегося сварке. Как и в случае с любой сваркой, если вы знаете, в чем проблема, вы можете подготовиться к ней и преодолеть ее. Эти советы помогут вам добиться успеха при сварке титана.

Выберите свой процесс
Титан можно сваривать с помощью нескольких процессов дуговой сварки. Одним из наиболее распространенных процессов соединения титана является дуговая сварка вольфрамовым электродом в газе (GTAW). Как GTAW, так и плазменная сварка (PAW) обеспечивают очень высокое качество сварных швов, но требуют более высокого уровня квалификации со стороны сварщика.Некоторые источники питания можно использовать как для сварки GTAW, так и для плазменной сварки, что обеспечивает большую универсальность при сварке титана в цехах. Если ваше приложение требует газовой дуговой сварки (GMAW), вам понадобится источник питания с импульсной способностью. GMAW обеспечивает высокое качество сварки, универсальность и повышенную производительность, поскольку он быстрее, чем GTAW и PAW. Лазерная гибридная дуговая сварка (LHAW) обеспечивает чрезвычайно высокую скорость сварки, но она ограничена автоматизацией, и сборка детали должна быть точной. В зависимости от вашего приложения доступны разные варианты процесса.Однако, если ваше приложение требует присадочного металла, используйте только титан, иначе ваш сварной шов станет хрупким и потрескается еще до того, как он полностью остынет.

Щелкните изображение, чтобы увеличить Защитите сварной шов
После того, как вы определились с процессом, определите защитный газ. Защитный газ особенно важен при сварке титана, потому что в горячем состоянии титан поглощает атмосферные газы, такие как азот, кислород и водород. Это поглощение приводит к тому, что сварной шов становится хрупким и растрескивается.Защитите дугу инертным газом, например аргоном высокой чистоты (чистота 99,999%) или смесью аргона и гелия, чтобы предотвратить загрязнение. Поскольку область сварки должна быть защищена до тех пор, пока сварной шов не остынет ниже 500 ° F, необходим задний экран. Учитывайте все поверхности свариваемой детали. Если участок нагревается докрасна, его необходимо защитить. В некоторых случаях сварки необходимо использовать продувочный газ, например, для защиты основания стыкового соединения или обратной стороны углового соединения. В зависимости от сложности детали лучше всего сваривать внутри перчаточного ящика, чтобы защитить все нагретые участки.

Очистите материалы и не трогайте
Теперь вы готовы подготовить детали. В отличие от некоторых других металлов, титан особенно не переносит загрязнения. Основные материалы должны быть очищены нехлорированным растворителем по крайней мере на дюйм вокруг сварного шва перед сваркой. После очистки важно не прикасаться к этой области голой кожей. Жир с вашей кожи вызовет загрязнение сварных швов и пористость. Обычная процедура предварительной сварки включает в себя 6 шагов:

1.Удалите заусенцы с поверхности сварного шва с помощью ротационного напильника или вытяжного напильника
2. Проволочная щетка со специальной щеткой из нержавеющей стали
3. Очистите растворителем
4. Прихваточный шов и
5. Проволочная щетка снова
6. Снова очистите растворителем, и вы готовы к сварке

Что следует помнить
Сварка титана может быть сложной задачей. Просто запомните 3 самых важных момента, чтобы стать успешным сварщиком титана.
Если требуется наполнитель, используйте только титан с титаном.
Если он становится достаточно горячим, чтобы покраснеть, его необходимо защитить.
Если он не был чистым, он не пройдет.
Счастливая сварка. S MT

Шон Рельеа – менеджер службы технической поддержки Fronius USA, Брайтон, Массачусетс.

Факты о сварке титана

Многие инженеры и производители считают, что титан – загадочный металл, который трудно сваривать, – факт, который способствует его исключительности и относит его к высшим требованиям к характеристикам аэрокосмического рынка, желаниям игроков в гольф вождения на большие расстояния и потребностям. -для скоростного велоспорта.

Опытные сварщики скажут вам, что это неправда. Фактически, методы сварки титана очень похожи на методы, используемые для сварки никелевых сплавов и нержавеющих сталей. Титан также легче сваривать, чем многие металлы и сплавы с более сложной металлургической структурой.

Источник пугающей репутации титана, вероятно, кроется в особенностях сварки титана: более высокой температуре плавления, чем у других металлов и сплавов, мерах предосторожности во избежание загрязнения во время сварки и слоях защиты для предотвращения окисления.

Несмотря на меры предосторожности, которые необходимо принимать, все большее число производителей стали более рутинно и экономично сваривать титан, делая прочные, пластичные сварные швы со скоростью, сопоставимой со многими другими высокоэффективными материалами.

По общему мнению, производственное сообщество считает свойства титана привлекательными; это явно металл, находящийся на подъеме. За последние 18 месяцев объем продаж и использования титана значительно вырос, и даже самые консервативные прогнозы указывают на то, что в ближайшие годы этот рост продолжится.Мировой спрос высок, и ожидается, что общий рыночный спрос почти удвоится через 10 лет. лет (см. , рис. 1 ), с увеличением на 34% с 2006 по 2010 год, по данным Верхнесалдинского металлургического производственного объединения, российского поставщика титана.

Выбор прочных материалов

Высокая прочность и коррозионная стойкость титана и титановых сплавов делают их предпочтительными металлами за пределами традиционных отраслей промышленности. Военные – это значительный и растущий рынок систем вооружения на основе титана, которые защищают США.С. Солдаты от бесчисленных угроз в глобальной войне с террором.

Несколько компонентов 155-мм легкой гаубицы M777 армии США (см. , рис. 2 ) и ряд комплектов для защиты наводчика (см. , рис. 3 ) являются примерами компонентов систем вооружения, изготовленных из титана. Титан играет решающую роль в обеспечении дополнительной защиты различных легких тактических машин в полевых условиях.

Министерство обороны США профинансировало множество авансов, направленных на снижение непомерно высокой стоимости титана за счет усовершенствований в обработке и производстве материалов, включая альтернативы традиционным способам производства титановых деталей, новые сплавы, методы обработки из одного расплава и методы автоматизированной сварки. которые увеличивают производительность сварки за небольшую часть стоимости.

Тем не менее, несмотря на все достижения, многие все еще опасаются сварки титана.

Ресурс для усиления титанового корпуса

Новый ресурсный инструмент избавляет от догадок и опасений при сварке титана: Кодекс D1.9 / D1.9M по сварке конструкций – Титан Американского общества сварщиков (AWS). Выпущенный в июле 2007 года, код выходит за рамки ограничений предыдущих документов, предоставляя информацию, необходимую для проектирования конструкционного изделия из титана от начала до конца – от проектирования до производства и проверка – в виде структурного кода ссылки.

Рисунок 1 Ожидается, что в ближайшие годы спрос на титан резко возрастет. Источник: RTI International Metals.

Кодекс по титану был разработан с использованием того же процесса AWS, что и широко распространенный Кодекс по сварке конструкций AWS D1.1 – сталь, и включает правила проектирования, аттестации, изготовления и контроля. Это дает инженерам-проектировщикам, специалистам по материалам и производству возможность с большей уверенностью использовать титан.Его также можно использовать в качестве контрольного списка для агентов по закупкам, чтобы помочь поддерживать затраты на производство.

По словам Джона Гейлера, директора отдела национальных стандартов AWS, код был инициирован с помощью простого запроса к AWS.

«Первоначальные члены комитета и нынешние сопредседатели представляли потребности военного рынка в титане. Однако они признали возможность более широкой поддержки контролируемого структурного производства титана на нескольких рынках с помощью определенного набора процессов и спецификаций для это должно быть сварено с уверенностью », – сказал Гейлер.”И они распространили приглашение на несколько отраслей, чтобы помочь создать общепринятый кодекс ».

В состав полностью добровольного комитета входили представители военных, международных промышленных предприятий, производителей титана, Японского титанового общества, конечных пользователей и научно-исследовательского сообщества, а также ряд технических советников. Основная цель заключалась в предоставлении нового инструмента для отраслевого набора инструментов путем предоставления справочного кода. Публикация кода также рассматривалась как эффективный способ повысить репутацию титана как жизнеспособного, пригодного для использования и свариваемого материала.

Производители, которые в настоящее время осуществляют сварку титаном, должны ссылаться на разделы, посвященные сварке и изготовлению, и соответствующие комментарии, чтобы определить пригодность их текущих технологий производства. Кодекс определяет минимальные требования к качеству сварки и проверки титана в строительных конструкциях.

Группы контроля качества и специалисты по неразрушающему контролю, которые привыкли работать со сталями и цветными металлами, могут использовать код, чтобы полностью понять уникальные металлургические характеристики титана и последствия ненадлежащих методов производства и контроля.В коде есть полезные концепции, которые можно использовать для проверки качества сварного шва и обеспечения непрерывного среда улучшения.

Для инженеров, которые хотят построить структурные компоненты, правила проектирования на усталость и спецификации проверки могут не только гарантировать, что продукт будет структурно надежным, но также помочь им следовать надлежащим процедурам проектирования, чтобы снизить общую стоимость проекта.

«Приложение» к кодексу написано специально для тех, кто проектирует и производит компоненты или системы вооружения для военных.«Сварка титановых броневых конструкций» рассматривает уникальные требования к конструкции, квалификации и испытаниям брони и включает в себя конструкцию пластины для баллистических испытаний и метод испытаний с критериями приемки и отклонения.

Код содержит детали испытаний для нескольких марок титана, включая технически чистые марки 1 и 2, Ti-6Al-4V сорт 5 и Ti-3Al-2.5V сорт 9. Он также предоставляет методологию, которая может быть адаптирована для производства других популярных конструкционных титановых сплавов в соответствии с этим кодексом.Кроме того, в кодексе приведены критерии проектирования и допустимые напряжения для нескольких типов сварных швов. соединений и применим для различных сварочных процессов, включая газовую дуговую сварку металлическим электродом, газовую дуговую сварку вольфрамовым электродом, плазменную дуговую сварку, электронно-лучевую сварку и лазерную сварку.

Возможно, одной из наиболее важных областей кода для тех, кто проектирует конструкции со сложной геометрией, являются данные испытаний на усталостные характеристики, показанные на рисунке 4. Эти данные могут использоваться вместе с многочисленными классификациями соединений, детализированными в коде, для определения расчетной усталости. жизнь.

Рисунок 2 Солдаты стреляют из легкой гаубицы M777 с титановыми деталями.

Текущие данные по усталости показывают, что профиль носка сварного шва и направление напряжения по сравнению с соединением имеют большее значение, чем сорт или прочность титана. Эти данные могут повысить уверенность инженеров-конструкторов в использовании титана как в коммерческих, так и в военных целях. Так было с 155-мм легкой гаубицей M777; с использованием данных об утомляемости После этого инженеры-конструкторы предложили альтернативные производственные стратегии.

Помимо предоставления формального метода разработки и утверждения процедур сварки титана, основная цель Кодекса по сварке конструкций AWS D1.9 / D1.9M – титан – повысить репутацию титана как пригодного для использования металла.

Более веский аргумент в пользу титана

Многие инженеры-конструкторы не хотят предлагать дорогие материалы, такие как титан. Кроме того, они не понимают истинных затрат на рабочую силу и производственные методы, которые могут значительно превосходить затраты на материалы, что приводит к усилению внимания к цене за фунт сырого титана.Хотя титан и его сплавы являются дорогим сырьем, преимущества их использования со временем возрастают. стоимость жизненного цикла – и может перевесить стоимость сырья.

Чтобы достичь потенциальной экономии затрат в течение всего срока службы, инженеры-проектировщики должны быть осведомлены о деталях, содержащихся в коде. Работая с квалифицированными инженерами-сварщиками, дизайнеры могут лучше всего интегрировать разделы, касающиеся проектирования, со спецификой сварочного производства и разделов контроля.

Хотя инженеры-конструкторы знают, что сварной шов должен быть выполнен, некоторые могут не полностью осознавать значение типа сварного шва или метода проверки.

Например, на чертежах легко написать «Рентгенограмма, пенетрант, визуальный осмотр» и т. Д., Но если рекомендуемый метод проверки не подходит для конкретного сварного шва, письменные инструкции могут привести к низкому качеству, потере времени и повышенные затраты. Понимание методов контроля сварных швов титана, подробно описанных в кодексе, может помочь инженерам спроектировать свои конструкции. рентабельно.

Код

также предлагает инженерам-сварщикам методы проверки титановых сварных швов, такие как проверка цвета наплавленного металла шва.Цвет не является проблемой для стали, но для титана цвет может быть индикатором проблем с техникой сварки. Поскольку разные сварочные процессы реагируют по-разному и создают разные уровни цвета на титане, руководящие принципы, используемые в контексте с процессом сварки может помочь сварщикам быстро распознать и легко выявить проблемы сварки.

Подробные, но четкие положения Свода правил сварки конструкций AWS D1.9 / D1.9M – титан развеивают миф о титане, с которым сложно работать.Руководство представляет собой универсальный инструмент для надлежащего проектирования, сварки и проверки сварных деталей из титана.

Комитет по сварке титана AWS приглашает новых членов принять участие в процессе обновления кода с дополнительными данными испытаний и внести в документ новые идеи и разработки.

Заинтересованные стороны могут связаться с AWS, чтобы узнать, как принять участие. Перейдите на сайт http://www.awspubs.com, чтобы найти, просмотреть и приобрести код.

Стивен Луцковски – руководитель группы производства прототипов, здание 3150, Пикатинни Арсенал, штат Нью-Джерси, 07806, 973-724-3100, Стивен[email protected]. Джон Лоумон – главный инженер, American Engineering and Manufacturing, 4622 French Creek Road, Sheffield, OH 44054, 614-846-5718, john.l @ aemi.us.

Рисунок 5 Цвет титанового сварного шва может указывать на степень загрязнения сварного шва, присутствующего в сварном шве. Источник: Институт сварки.

Почему сварка титана отличается от работы с любым другим металлом

Сварка титана – это специальность в рамках специальности.Этот замечательный металл обладает необычными свойствами и предлагает уникальные преимущества – особенно для критически важных применений в аэрокосмической и морской отрасли.

Но титан также представляет собой уникальные проблемы.

Работа с титаном не похожа на работу с другими, более распространенными металлами, и прежде чем подрядчик наймет поставщика для проекта на основе титана, этот подрядчик должен убедиться, что у поставщика есть история успеха в работе с этим невероятным, но сложным металл.

Титан: прочный, легкий и долговечный

Титан – это металл, который используется в морской и авиакосмической промышленности – и не зря.У него очень высокое соотношение прочности и веса, что означает, что он прочный, но легкий. Поскольку они не требуют такой большой массы или плотности материала, титановые детали могут достигать сопоставимой прочности с более тонкими секциями.

Он также обладает высокой устойчивостью к коррозии, типичной для морской среды.

Проблемы работы с титаном

На первый взгляд сварка титана похожа на сварку стали. Сварщики, знакомые с другими металлами, часто предполагают, что, поскольку они квалифицированы и опытны, они смогут определить титан в процессе.

Однако уникальной проблемой при сварке титана является кислородное охрупчивание. Когда материал нагревается во время сварки, кислород – как и тот, который содержится в окружающем воздухе – может проникнуть и повредить сварной шов. Это делает металл хрупким и склонным к растрескиванию или преждевременному разрушению при эксплуатации, что явно неприемлемо для критически важных применений. Сварщики титана должны владеть методами и инструментами, необходимыми для защиты сварных швов от кислорода. Это требует использования инертного газа, которым может быть гелий, но обычно аргон.Титановые сварщики должны защищать не только сварочную ванну, но и окружающий металл. Это исключительная задача, с которой не знакомы даже самые опытные сварщики нетитана.

Это требует тщательного контроля качества аргона, а также владения специальными инструментами, такими как скользящие щиты и продувочные дамбы. Во время ручной сварки сварщик должен обладать замечательным уровнем координации рук и глаз, чтобы убедиться, что их движения не нарушают поступление защитного газа и не создают точки входа кислорода, которые могут повредить сварной шов.

Цветовая шкала титана и характеристики опытного поставщика

Правильно сваренный титан выглядит ярким, блестящим и серебристым, как только он будет готов. Любое изменение цвета свидетельствует о том, что что-то пошло не так. Некоторые цвета, такие как синий, фиолетовый и коричневый, являются явными признаками серьезной проблемы и низкого качества сварного шва, что может привести к охрупчиванию и выходу изделия из строя. Сварщики титана используют цветовую шкалу для определения эффективности защиты. Он переходит от светло-соломенного к более темно-соломенному, затем к зеленому, затем к пурпурному, к синему, к серому, к мелово-белому.Эта шкала позволяет им знать, есть ли просто возможности для улучшения или сварка вышла из строя.

Проблема в том, что другие металлы, такие как нержавеющая сталь и сплавы на основе никеля, часто дают обесцвеченные сварные швы без какого-либо отрицательного воздействия. Квалифицированные сварщики нержавеющей стали часто создают сварные швы, окрашенные в синий, фиолетовый или зеленый цвет, а обесцвеченную часть можно просто стереть проволочной щеткой, не влияя на производительность. Эти сварщики не знакомы с опасностями, связанными с обесцвечиванием при сварке титана, и не имеют процессов, позволяющих предотвратить это или отреагировать на это постфактум.Они рискуют получить плохой сварной шов, даже не осознавая этого, и просто двигаться дальше.

Подрядчикам, следовательно, следует рассматривать только поставщиков с подтвержденным опытом работы с титаном. Им следует тщательно проверить поставщика, задав следующие вопросы:

• Каждый сотрудник имеет квалификацию и опыт в использовании титана конкретно?
• Доказали ли они, что могут работать с различными формами, размерами и ориентациями? и тарелки?
• Они знают, как предварительно очистить стыки?
• Как они поддерживают чистоту присадочного металла?
• Обучены ли они проектированию и использованию подвижных экранов для подгонки сварных соединений что будет препятствовать проникновению кислорода?
• Как они обеспечивают чистоту металлов перед сваркой?
• Какие меры они принимают для обеспечения чистых сварных швов?
• Каков их протокол загрязнения / перекрестного заражения для обеспечения чистота всего, что потенциально могло контактировать с металлом?
• Все ли в комнате чисто, и не выполняются ли шлифовальные операции? от сварочных работ?

Титан – замечательный материал, который предлагает невероятные преимущества для проектов, требующих прочного, легкого металла с антикоррозийными свойствами.Однако сварка титана не похожа на сварку других материалов. Это требует мастерства и опыта, которым даже великие сварщики не смогут научиться на лету или в произвольном порядке, если у них нет проверенного опыта работы с этим уникальным, но сложным материалом.

Сварка титана и его сплавов – Часть 1

Титан – химически активный металл; он будет гореть в чистом кислороде при 600 ° C и в азоте при температуре около 800 ° C. Кислород и азот также диффундируют в титан при температурах выше 400 ° C, повышая предел прочности на разрыв, но делая металл хрупким.В виде порошка или металлической стружки титан также представляет опасность возникновения пожара.

Несмотря на такую ​​реакционную способность, титан широко используется в химической обработке, на море и в авиакосмической промышленности. Это связано с:

• Образуется прочная защитная оксидная пленка, придающая сплавам очень хорошую коррозионную стойкость, особенно в хлоридсодержащих средах.
• Без потери прочности при температурах до -196 ° C
• Хорошая стойкость к ползучести и окислению при температурах почти до 600 ° C.
• По прочности такая же, как у стали, но примерно вдвое меньше.

Из-за сродства титана и его сплавов к кислороду, азоту и водороду и последующего охрупчивания сварочные процессы под флюсом не рекомендуются, хотя они использовались, в основном, в бывшем СССР. Поэтому дуговая сварка ограничивается процессами в среде защитного газа (TIG, MIG и плазменная TIG), хотя также используются силовые балки, твердофазные процессы и контактная сварка.

Титан аллотропный; он имеет две различные кристаллографические формы в зависимости от температуры и химического состава.Ниже 880 ° C он образует гексагональную плотноупакованную альфа-фазу, выше 880 ° C он существует как объемно-центрированная кубическая бета-фаза.

Ряд элементов может использоваться для улучшения механических свойств, некоторые стабилизируют альфа-фазу, а другие способствуют образованию бета. Кислород, углерод, азот и алюминий способствуют образованию альфа-фазы; хром, молибден, ниобий, олово и ванадий способствуют образованию бета. Посредством подходящего добавления этих элементов можно производить четыре семейства титановых сплавов, разделенных на основе микроструктуры на технически чистый титан, альфа- или почти альфа-сплавы, альфа-бета-сплавы и бета-сплавы.Обозначения ASTM, простая система нумерации, являются обычно используемым сокращенным способом идентификации различных сплавов, и в этой статье будут использоваться как они, так и состав сплава , например Ti-6Al-4V.

Коммерчески чистые нелегированные марки ASTM 1–4 и 7 содержат небольшие количества загрязняющих веществ, таких как кислород, азот и углерод, обычно менее 0,2%, и обладают механическими свойствами, соответствующими характеристикам низкоуглеродистой стали хорошего качества. Чем меньше загрязняющих веществ, тем ниже предел прочности.Большинство этих сплавов используются из-за их коррозионной стойкости. Сварка проста и мало влияет на механические свойства в ЗТВ, и их обычно сваривают в отожженном состоянии.

Альфа- и почти альфа-сплавы, типичным примером которых является сплав Ti-5Al-2.5Sn, имеют предел прочности на разрыв (UTS) 500-900 МПа, прочность 0,2% (PS) 600-800 МПа и относительное удлинение (El%) около 18. %. Как и в случае технически чистых сплавов, механические свойства этой группы нечувствительны к термической обработке.Свариваемость хорошая, сплавы свариваются в отожженном состоянии.

Альфа-бета-сплавы чувствительны к термообработке, обработке на твердый раствор и старению, увеличивая прочность на 50% по сравнению с отожженным состоянием. Очень высокопрочные альфа-бета-сплавы, такие как Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, могут иметь UTS 1200 МПа, PS 1150 МПа и El% 10. Однако свариваемость сплавов этой группы зависит от в зависимости от количества присутствующего бета-бета-сплава, наиболее сильно бета-стабилизированные сплавы охрупчиваются во время сварки, и, хотя можно восстановить некоторую пластичность с помощью термообработки после сварки, это часто непрактично.Поэтому эти очень высокопрочные сплавы с высоким содержанием бета сваривают редко. Сравните это с, возможно, наиболее часто используемым альфа-бета-сплавом, Ti-6Al-4V (ASTM Grade 5) с UTS 950 МПа, PS 850 МПа и El% 15. Этот сплав имеет хорошую формуемость, легко обрабатывается, имеет хорошая литье, отличная свариваемость и может считаться сплавом, по которому можно сравнивать все остальные.

Полностью бета-сплавы, , например, Ti-13V-11Cr-3Al, обладают аналогичной прочностью, но с немного улучшенной пластичностью, как правило, с удлинением около 15%.Бета-фаза называется метастабильной – холодная обработка или нагревание до повышенных температур может вызвать частичное превращение в альфа. Сплавы обладают высокой прокаливаемостью, очень хорошей ковкостью и очень пластичны. Свариваемость хорошая, имеет место со сплавом в отожженном состоянии или в состоянии, обработанном раствором, хотя для получения полной прочности обычно необходимо сваривать в отожженном состоянии, выполнять холодную обработку, обрабатывать раствором, а затем проводить обработку старением.

Присадочные металлы, все сплошные проволоки и соответствующие по составу обычным сплавам, доступны, соответствующие спецификации – AWS A5.16 / A5.16M: 2007 Технические условия на электроды и прутки для сварки титана и титановых сплавов и BS EN ISO 24034.2010 Сварочные материалы, сплошные проволоки и прутки для сварки плавлением титана и титановых сплавов. Хотя они легкодоступны, диапазон расходных материалов несколько ограничен, и в соответствии с этими спецификациями производится всего четырнадцать или пятнадцать составов.

Свариваемость, как упоминалось выше, в целом очень хорошая. Исключение составляют сплавы с высоким бета-альфа-бета.Основная проблема при сварке титановых сплавов – исключение атмосферных загрязнений. Загрязнение металла сварного шва и смежных HAZ увеличит предел прочности на разрыв и твердость, но может снизить пластичность до неприемлемо низкого значения, так что трещины могут возникать даже в условиях лишь умеренного ограничения. Наиболее вероятными загрязнителями являются кислород и азот, улавливаемые воздухом, захваченным газовой защитой, или загрязненным защитным газом, и водородом из-за влаги или поверхностного загрязнения.

Максимально допустимые пределы для металла сварного шва были оценены как 0,3% кислорода, 0,15% азота и 150 ppm водорода, поэтому тщательная чистота важна как для основного металла, так и для присадочной проволоки. Обычно достаточно обезжиривания при подготовке к сварке с последующей очисткой проволочной щеткой из нержавеющей стали и дополнительным обезжириванием. Сильно окисленные компоненты могут нуждаться в протравливании в смеси азотной / плавиковой кислоты для удаления оксидного слоя. Обезжиривание присадочной проволоки для сварки TIG должно выполняться в обычном режиме, а с очищенной проволокой работать в чистых хлопчатобумажных перчатках; жир и пот с пальцев могут вызвать локальное загрязнение и / или пористость.Проволоку МИГ следует заказывать обезжиренной, хранить в чистых, сухих условиях и не оставлять без защиты в цехе.

Во время сварки те части сварного изделия, которые подвергаются воздействию температур выше 520 ° C, будут поглощать кислород и азот, поэтому их необходимо защищать до тех пор, пока они не остынут ниже этой критической температуры. К счастью, теплопроводность в титане низкая, поэтому площадь воздействия ограничена по размеру, и можно использовать охлаждающие блоки, чтобы еще больше уменьшить эту зону нагрева. Расплавленная сварочная ванна защищена обычным газовым кожухом, но охлаждающий сварной шов и его ЗТВ потребуют дополнительной защиты за счет использования отводного щита с собственной подачей защитного газа, идущей за сварочной горелкой.Обратная сторона сварного шва также нуждается в аналогичной защите за счет обеспечения эффективной газовой продувки.

Изменение цвета поверхности будет хорошим показателем степени атмосферного загрязнения, как показано в таблице цветов. При идеальных условиях экранирования сварной шов будет блестящим и серебристым. Обесцвечивание внешних краев ЗТВ, как правило, незначительно, и на него можно не обращать внимания. По мере увеличения загрязнения цвет меняется от серебристого до светло-соломенного, затем темно-соломенного, темно-синего, светло-голубого, серого и, наконец, порошкообразно-белого цвета.

Светло-соломенный и темно-соломенный цвета указывают на легкое загрязнение, которое обычно допустимо. Темно-синий означает более сильное загрязнение, которое может быть приемлемым в зависимости от условий эксплуатации. Светло-синий, серый и белый цвета указывают на такой высокий уровень загрязнения, что они считаются неприемлемыми. В многопроходных сварных швах загрязнение, очевидно, повлияет на любые последующие сварочные швы, поэтому внешний вид поверхности сам по себе не является надежным показателем того, произошло ли неприемлемое загрязнение.Простое испытание на изгиб – надежный, но разрушительный метод проверки того, является ли сварной шов неприемлемо хрупким, но учтите, что радиус изгиба варьируется в зависимости от конкретного сплава. Например, радиус изгиба 3t используется для испытания сварного шва класса 2, а радиус изгиба 10t используется при испытании Ti-6Al-4V. Переносные проверки твердости могут также проводиться на производственных объектах; для этого необходимо знать твердость, ожидаемую от металла сварного шва конкретного сплава.

В части 2 этой статьи будут рассмотрены некоторые другие проблемы сварки и даны рекомендации по сварке титана TIG и MIG.

Эту статью написал Джин Мазерс .

Как сваривать титан – Сварочный штаб

Титан – металл с высокой реакционной способностью, поэтому в прошлом люди сваривали его только в плотно закрытых камерах. Однако сваривать титан не так сложно, как думают люди. При надлежащей газовой защите и профилактических мерах вы легко сможете взяться за работу. В этой статье мы расскажем вам , как сварить титан .

Титан имеет несколько свойств, которые играют решающую роль в процессе сварки.

• Он имеет более низкую плотность, чем большинство металлов
• Он не такой эластичный, как другие металлы
• Титан имеет более высокую температуру плавления, чем большинство других металлов, используемых при сварке
• Это легко вступающий в реакцию материал и легко загрязняется
• Он не такой пластичный, как нержавеющая сталь.

Подготовка к сварке

Правильный титановый шов будет выглядеть как замерзшая ртуть – он будет блестящим и отражающим. Чтобы обеспечить получение сварного шва хорошего качества, сначала следует выполнить несколько шагов, чтобы подготовить поверхность шва к процедуре.

Очистите поверхность

Мы советуем вам подготовить поверхность перед всеми сварочными работами. Однако с титаном нужно быть особенно осторожным. Чем чище ваша поверхность, тем прочнее будет соединение. Масло, пыль, сажа, ржавчина, смазочно-охлаждающая жидкость и краска могут привести к хрупкому соединению, которое считается повреждением сварного шва.

Чтобы обеспечить прочный и успешный сварной шов, соблюдайте три С:

• Чистая поверхность
• Чистое рабочее пространство
• Очистите присадочный стержень

Если хотя бы одна из этих поверхностей не чистая, вы можете легко загрязнить заготовку .Чтобы удалить с поверхности все нежелательные частицы, мы рекомендуем вам использовать химический очиститель, специально разработанный для титана.

Для рабочей поверхности используйте пароочиститель и разбавленный раствор гидроксида натрия, чтобы стереть все загрязнения. Затем с помощью горячего воздуха удалите всю влагу из рабочего пространства.

Не используйте нагнетатель горячего воздуха для горючих химических растворителей. Вам необходимо убедиться, что химический очиститель, который вы используете для очистки заготовки, негорючий.

Очистите все оборудование и вытрите насухо перед использованием. Вы также можете использовать раствор, который вы использовали для рабочего места, для инструментов.

Титан плохо реагирует на хлор, поэтому дважды проверьте очиститель, чтобы убедиться, что он не содержит хлора. Резиновые перчатки также содержат хлор, поэтому используйте пластиковые или хлопчатобумажные перчатки.

Выберите защитный газ

Поскольку титан легко вступает в реакцию с воздухом, маслом, грязью, влагой и другими металлами с образованием хрупких соединений, использование правильного защитного газа имеет важное значение, если вы хотите, чтобы в конечном итоге вы получили сильный сварка.Обычно большинство сварщиков используют для этого процесса аргон чистотой 99,999%. Только действительно чистый аргон и гелий обеспечивают оптимальную защиту от атмосферы.

При покупке защитного газа для сварочного проекта убедитесь, что вы получаете этот газ только от проверенных поставщиков. Даже если аргон немного менее чистый, чем требуется, это может привести к обесцвечиванию. У вас получится желтоватый сварной шов, чего вы не хотите. Загрязненный газ или неполное покрытие также могут вызвать синюю окраску и пятнышки.

При использовании титана необходимо убедиться, что не только передняя, ​​но и задняя часть защищена от атмосферных воздействий. Любая область, подверженная тепловому воздействию, будет иметь неблагоприятную реакцию при контакте с кислородом.

Для мелких деталей можно использовать закрытые отсеки из перчаточных ящиков, заполненные защитным газом. Вы даже можете использовать специально изготовленные камеры продувочного газа из полиэтилена в сочетании с датчиком продувки. С их помощью вы можете убедиться, что в камере достаточно аргона для обеспечения оптимальной защиты.

Если вы хотите обеспечить идеальный уровень защиты при сварке, вот три шага, которые вам необходимо выполнить:

• Первичное экранирование – оно обычно встроено в сварочную горелку и обеспечивает первичное покрытие, необходимое для защита расплавленной сварочной ванны. Вы можете использовать стандартную горелку с водяным охлаждением, керамическую чашку и газовые линзы. Мы предлагаем вам выбрать фонарик с более широкой чашкой для наилучшего покрытия.
• Вторичное экранирование – продольные экраны обеспечивают вторичную защиту.Они прикрепляются к концам большинства сварочных горелок и гарантируют, что все участки, подверженные термическому воздействию, защищены от загрязнения.
• Backup Shielding – Эти устройства похожи на висячие экраны и выполняют практически ту же функцию. Это либо портативные устройства, либо они закреплены на месте. Они редко когда-либо поставляются предварительно вставленными в сварочную горелку.

Выбор правильной присадочной проволоки

При выборе присадочного металла для сварки титана и его сплавов мы предлагаем вам выбрать присадочную проволоку, которая в основном обладает теми же свойствами, что и основной материал.Вы также можете выбрать проволоку, класс прочности которой на один класс ниже основного металла. В некоторых ситуациях сварщик может даже использовать присадочную проволоку другой категории.

Ваш выбор присадочной проволоки будет зависеть от свойств и комбинации стыка. Для повышения пластичности соединения:

• При сварке нелегированного титана с большей прочностью используйте присадочный металл с более низким пределом текучести основы.
• При сварке титана из Ti-5A1-2 можно использовать нелегированный присадочный материал.Классификации 5Sn и Ti-6A1-4V.
• Другой вариант – присадочный металл с более низким процентным содержанием кислорода, азота, водорода, углерода и других легирующих добавок, чем основной металл.

Применимые сварочные процессы

При сварке титана и титановых сплавов можно использовать любую из следующих процедур сварки:

• (EBW) Электронно-лучевая сварка
• (GTAW) Дуговая сварка вольфрамовым газом или (TIG) вольфрамовым электродом Сварка в инертном газе
• (RW) Контактная сварка
• (LBW) Лазерная сварка
• (PAW) Плазменно-дуговая сварка
• (GMAW) Дуговая сварка в газовой среде или (MIG) в инертном газе металла
• (FRW) Трение сварка

Электронно-лучевая сварка

Это процесс сплавления, в котором для соединения двух металлов используется высокоскоростной электронный луч.Когда луч соприкасается с металлическими деталями, он выделяет сильное тепло. Две пластины плавятся и сливаются, образуя прочное соединение. В аэрокосмической и авиационной промышленности применяется электронно-лучевая сварка из-за долговечности получаемых соединений.

Электронно-лучевую сварку можно использовать для листов толщиной от 6 до 76 мм и более. В результате этого процесса получаются высококачественные сварные швы с низким уровнем загрязнения, так как процесс происходит в атмосфере высокого вакуума.

Вольфрамовый инертный газ / GTAW

В процессах сварки TIG или GTA используется неплавящийся вольфрамовый электрод, который передает ток сварочной дуге.Защитный газ используется для защиты сварочной ванны от внешнего загрязнения, которое может привести к слабым и некачественным сварным швам. В процессе работы понадобится присадочный металл или проволока для сварного шва.

Это широко используемый процесс сварки титана и его сплавов. Вы можете использовать TIG без присадочного материала для стыковых соединений с квадратными канавками на основных металлах толщиной до 2,5 мм. Для более толстых листов необходимо использовать присадочный металл, чтобы гарантировать долговечность сварного шва.

Сварка сопротивлением (RW)

Сварка сопротивлением – это термоэлектрическая процедура.Он соединяет два куска металла вместе, пропуская контролируемый ток через пластины в течение контролируемого периода. Обычно во время процедуры также используется значительное давление. В этом методе нагрев строго ограничен областью, которую необходимо соединить.

Вы можете использовать контактную сварку для соединения титана и его сплавов для точечной или непрерывной сварки. Это особенно полезно при сварке титана с другими металлами, такими как углеродистая сталь или пластины из нержавеющей стали.

Сварка лазерным лучом (LBW)

Это еще один процесс сварки плавлением, при котором два металлических куска соединяются вместе с помощью лазера. Он нагревает стык между двумя пластинами, которые плавятся и сливаются, образуя соединение. Как только расплавленная сварочная лужа остывает и затвердевает, получается прочный и долговечный сварной шов.

Сварщики в настоящее время все чаще предпочитают сварку титана лазерным лучом, поскольку это устраняет необходимость в вакуумной камере. Однако использование защитного газа по-прежнему необходимо, поскольку сохраняется риск загрязнения.

Несмотря на то, что лазерный луч и электронный луч являются процедурами сварки плавлением, сфера применения первого более ограничена. Невозможно эффективно использовать процесс на титановых пластинах толщиной более 13 мм.

Плазменно-дуговая сварка (PAW)

Плазменно-дуговая сварка похожа на TIG, поскольку в ней также используется дуга между вольфрамовым электродом и заготовкой. Он подходит для использования практически со всеми классификациями титана и хорошо работает даже с толстыми листами металла. Используя технику замочной скважины, вы также можете использовать ее на однопроходной пластине толщиной до 13 мм.

Металл в среде инертного газа (MIG) / газовая дуговая сварка (GMAW)

При сварке MIG используется проволока из твердого присадочного металла, которая непрерывно нагревается и подается с помощью сварочного пистолета. Этот процесс гарантирует использование защитного газа для защиты сварочной ванны от загрязнения. Многие сварщики предпочитают GMAW из-за высокой наплавки металла и производительности.

Вы также можете использовать этот процесс для сварки титана на пластинах толщиной более трех 3 мм. Используя технику импульсного тока, можно производить сварные швы высокого качества.Этот метод менее затратен, чем другие, особенно при использовании на титановых пластинах толщиной более 13 мм.

Сварка трением (FRW)

Как следует из названия, этот метод использует трение для соединения двух металлических частей вместе. Это процесс сварки в твердом состоянии, при котором получаемое соединение имеет такую ​​же прочность, как и основание. Он широко используется в различных отраслях промышленности и может использоваться для соединения труб, трубок или стержней. Он особенно хорошо работает в ситуациях, когда можно добиться чистоты суставов без применения дополнительных мер защиты.

Советы и приемы для сварки TIG

Вот несколько советов и приемов при работе с титаном.

• Используйте стандартный источник сварочного тока GTAW в сочетании с высокочастотной дугой. Использование электрода постоянного тока отрицательной полярности с дистанционным управлением силой тока хорошо подходит для сварки титана.
• Используйте горелку TIG с водяным охлаждением. Они могут выполнять высокотемпературную сварку в течение более продолжительных периодов времени. По сравнению с горелками с воздушным охлаждением они также меньше по размеру и легко управляются.
• Если вы ищете более дешевую горелку, мы рекомендуем вам выбрать вместо нее горелку с воздушным охлаждением.
• Для сварки титана следует использовать электрод из вольфрама с 2% -ным содержанием церинового сплава:
  • 1/16 дюйма или меньше для сварки при токе менее 125 А
  • От 1/16 до 3/32 дюйма для тока от 125 до 200 ампер
  • Для большего чем 200 ампер, следует использовать электрод диаметром от 3/32 до 1/8 дюйма
• Используйте широкую газовую линзу диаметром не менее 0 мм.От 75 до 1 дюйма. Это позволяет выполнять более длинные сварные швы, обеспечивая более широкий охват.
• Используйте продувочный блок из пористой меди для равномерного покрытия заготовки со всех сторон. Медь действует как линза и равномерно распределяет защитный газ по длине заготовки со всех сторон.
• Идеальный поток газа для продувочных блоков и отводных щитов составляет 10 кубических футов в час. Для факела вы должны установить его на 20 кубических футов в час.
• Для стыков, где использование продувочного блока становится невозможным, вы можете сделать камеру своими руками из фольги из нержавеющей стали и стекловолоконной ленты.Перед тем, как начать сварку, дайте защитному газу течь в подрывной камере достаточно долго, чтобы воздух полностью изменился как минимум десять раз.
• Для защиты материала от загрязнения всегда надевайте нитриловые перчатки при работе с титаном.
• Каким бы важным ни был выбор правильного присадочного стержня, его правильное хранение еще более важно. После того, как вы выберете один и тщательно очистите стержень, вам необходимо поместить его в герметичную емкость, чтобы сохранить его для повторного использования в будущем.
• Перед сваркой убедитесь, что вы разрушили оксидный слой на титане. Для этого используйте шлифовальный станок и инструмент для удаления заусенцев. Обязательно зарезервируйте оба инструмента специально для титана. После этого выполните процесс очистки.
• Протрите заготовку безворсовой тканью с использованием ацетона или растворителя метилэтилкетона. Вы также можете использовать разбавленный гидроксид натрия и водный раствор, чтобы подготовить поверхность к сварке.
• Вы также можете использовать твердосплавный напильник и щетку из нержавеющей стали для удаления легкого оксидного слоя с титановой пластины.Обязательно наденьте нитриловые перчатки, а также выделите инструменты для работы только с титаном.
• Вы должны поддерживать подачу защитного газа после процедуры до тех пор, пока температура не опустится ниже 800 градусов по Фаренгейту.
• Мы рекомендуем вам использовать инфракрасный датчик температуры, чтобы убедиться, что титан остынет до безопасного диапазона, прежде чем перекрывать поток газа.

Сварка титана по сути такая же, как и сварка любого другого металла. Однако из-за его высокой реакционной способности это может стать сложным процессом.Если вы убедитесь, что материал должным образом очищен перед сваркой, у вас не должно возникнуть проблем с процессом сварки. Убедитесь, что у вас есть соответствующие настройки, необходимые для защиты металла от загрязнения. Если вы сделаете это, процесс станет относительно простым.

Связанные вопросы

Можно ли сваривать титан?

Титан сваривается так же легко, как сталь или никелевые сплавы, при условии, что вы помните о его уникальных свойствах. Используя методы, аналогичные методам обработки нержавеющей стали и сплавов на основе никеля, вы можете изготавливать титан практически любой формы.

Перед началом сварки убедитесь, что вы очистили поверхность надлежащим химическим очистителем, не содержащим хлора и негорючим. Перед сваркой тщательно удалите оксидный слой и очистите заготовку от всех загрязнений.

Если вы можете обеспечить надлежащее покрытие основного материала со всех сторон, вы можете гарантировать пластичный и прочный сварной шов.

Можно ли сваривать титан методом MIG?

Да! Вы можете сваривать титан MIG, хотя большинство сварщиков предпочитают сварку TIG.При использовании титана вы рискуете прожечь пластину, поэтому сварка MIG подходит только для сварки пластин толщиной более 3 мм.

Можно ли сваривать нержавеющую сталь с титаном?

Можно сваривать титан и нержавеющую сталь. Если вы используете аргон с чистотой 99,999% при сварке TIG или MIG, вы можете создать прочный и надежный сварной шов.

Можно ли приваривать титан к алюминию?

Сварка алюминия и титана требует большого количества тепла.Для этого нужно использовать алюминиевую присадочную проволоку. Соединение двух металлов возможно, если температура на титановой стороне листа остается ниже 2000 градусов Цельсия. В месте пересечения материал расплавится и образует прочный шов.

Тем не менее, мы рекомендуем вам поддерживать температуру титана ближе к точке его плавления, которая составляет 1670 градусов по Цельсию. Поддерживая температуру 1750 градусов по Цельсию, вы получите идеальный сварной шов титана с алюминием, одновременно исключив риск прожога.Если вы помните об уникальных свойствах титана и обеспечите необходимую степень покрытия при сварке титана, вы должны получить прочные и аккуратные сварные швы.

Похожие сообщения:

Технология сварки титана

Устарело : __autoload () устарело, используйте spl_autoload_register () вместо /home/hon11950/public_html/en.hongky.com/library/class/html/hongky.com/library/class/html/ HTMLPurifier.autoload.php on line 17

Метод сварки титана получает все большее распространение и широко применяется из-за эстетических достоинств, а также качества сварки.

При сварке титановых сплавов на сварной шов сильно влияет состояние поверхности сварного шва и наплавочного металла. Продукты после термообработки образуют оксидные и нитридные мембраны, которые необходимо очистить механической обработкой, пескоструйной очисткой, баллонированием или химическим отбеливанием.

Для сварки титана и его сплавов чаще всего используются вольфрамовые и газозащитные электроды.

В процессе сварки титана, титановых сплавов или других термостойких металлов следует обращать внимание на пределы прочности сварки, чтобы ограничить перегрев и термочувствительные области.Для сварки титана неплавящимся электродом интенсивность сварки не превышает 300 А. Эта линия может сваривать линию листов сплава без фаски толщиной до 3 мм. При большой толщине сварного шва скошенные кромки имеют угол раскрытия от 70 до 90 градусов. Зазор между краями составляет от 1,5 до 2 мм. Это касается метода многослойной сварки и заливки. В случаях, когда толщина от 20 до 25 мм, скошенная U-образная форма должна быть скошена.

Во время процесса сварки руки не должны раскачиваться, чтобы избежать непрерывной защиты от газа.В частности, короткая дуга и угол электрода составляют около 90 градусов. Сварочная проволока во время сварки подается непрерывно. Если сварщики приостанавливают или завершают процесс сварки (даже если дуга выключена), подачу газа необходимо продолжать. Применение механизированной сварки даст сварному шву более стабильное качество, чем ручная сварка.

Мы можем наблюдать действие защитного газа на сварные швы через внешние цвета. Белый серебристый припой соответствует хорошему качеству сварных швов.Желто-зеленый появляется из-за защиты от прерывания. И цвет соответствует плохой защите. Качество сварки также оценивается по твердости сварного шва. Сварные швы хорошо защищены, поэтому твердость не превышает твердость основного металла.

Электронные методы сварки также используются для сварки титана, но это требует высокого уровня оборудования и высокого мастерства.

Сварка титана горячим расплавом с применением высокодефектной технологии используется для изготовления важных конструкций в таких областях, как космос, самолеты, ракеты.

Как сваривать титан – Международная титановая ассоциация

W h y Вы должны посетить

Все люди, желающие научиться правильно сваривать титан или желающие научиться сваривать титан более эффективно, получат пользу от этого семинара. Будут обсуждены методы, уникальные для титана, которые не всегда очевидны при соединении других металлов. В рамках курса будут обсуждаться различные формы соединения титана, такие как электронный луч, лазер, MIG, TIG и плазма.Основное внимание будет уделяться методу сварки титана GTAW (газовая вольфрамовая дуговая сварка) или вольфрамовым инертным газом (TIG).

Люди также научатся решать проблемы повседневного производства в реальных условиях магазина. Титан можно сваривать каждый день в условиях открытого цеха для самых строгих и ответственных применений, и вы тоже можете. Присоединяйтесь к нам на этом однодневном семинаре, чтобы узнать, как это сделать.

Цели и содержание курса

Четыре часа аудиторных занятий включают инструкции по правильному сварочному оборудованию и рабочему месту, необходимому для успешной сварки титана, правильному дизайну стыка, процедурам
защиты от загрязнений и оценке процедур и методов.После семинара на целый день последуют трехчасовые практические упражнения.

Этот семинар предоставит информацию по следующим категориям:

• История и история титана
• Характеристики – Что важно для сварки.
• Общее производство / используемые процессы сварки
• Соединение: свариваемые материалы и присадочные материалы
• Подготовка к сварке, резка и очистка
• Используемое оборудование, как его настроить
• Правильные методы работы с титаном
• Сварочные методы
• Последующая сварка Проблемы
• Металлография
• Контроль качества, WPQR и WPS
• Снятие напряжения
• Безопасность

Сварщики должны принести каски, если они хотят работать над своей техникой

A b o u t E d i so n Сварка I n 5 s 9045 t 9045 u t e

С начала 1980-х годов EWI помогал производителям в аэрокосмической, автомобильной, оборонной и электронной промышленности повысить производительность, время вывода на рынок и сопутствующие технологии.