Титан как сварить: Сварка титана: способы, технология

alexxlab | 02.06.2023 | 0 | Разное

Содержание

Сварка титана и его сплавов. Операции и технологии

Существуют важные различия между титаном и сталью:

низкая плотность титана
низкий модуль упругости
высокая температура плавления титана
низкая пластичность титана

Компенсация этих различий позволяет сварку титана и его сплавов, используя методы, аналогичные, например, сварке нержавеющей стали или сплавов на основе никеля.

В этой статье мы рассмотрим общие операции и технологии, используемые при сварке титана. Предоставленная информация предназначена для использования в качестве руководящих принципов.

Требование к сварочному рабочему месту при сварке титана

Титан является химически активным металлом, который образует сварное соединение с менее оптимальными свойствами. Поверхность титана содержит хрупкие карбиды, нитриды и оксиды, каждый из которых, нагреваясь и охлаждаясь на воздухе, может снизить сопротивление усталости и прочность сварного шва и зоны термического влияния (ЗТВ). Мало того, что требуется постоянная защита свариваемой поверхности, необходимо также защита обратной стороны сварного шва.

При сварке титана и его сплавов требуется уделить особое внимание чистоте рабочего места. Для сварочных цехов, где производятся работы с различными металлами, необходимо выделить специальную область, которая будет использоваться специально для сварки титана. Место, отведенное для этого, должно быть защищено от потоков воздуха, влаги, пыли, жира и других загрязнений, которые могут препятствовать качественной сварке. Это место должно быть защищено от воздействия таких процессов, как зачистка, резка и окраска. Кроме того, должна быть под контролем и влажность воздуха.

Процессы аргонодуговой TIG и полуавтоматической MIG сварки титана

Титан и его сплавы свариваются несколькими процессами. Наиболее частым видом сварки является аргонодуговая сварка TIG вольфрамовым электродом и полуавтоматическая MIG сварка. Так же можно встретить применение таких процессов как плазменная сварка, электронно-лучевая сварка и сварка трением, но эти процессы используются в ограниченной степени. Описанные в этой статье технологии сварки титана и основные принципы будут касаться в первую очередь TIG и MIG сварки титана.

При правильной технологии сварки титана, получаемые сварные соединения являются коррозионно-стойкими, как и основной металл. Наоборот, неправильно сваренные швы могут стать хрупкими и менее коррозионно-стойкими по сравнению с основным металлом.

Технологии и оборудование, используемые при сварке титана аналогичны тем, которые требуются для других высококачественных материалов, таких как нержавеющая сталь или сплавы на основе никеля. Титан, однако, требует большего внимания к чистоте и использованию вспомогательного инертного газа. Расплавленный металл сварного шва титана должен быть полностью защищен от взаимодействия воздуха. Кроме того, горячая околошовная зона и корень сварочного шва должны быть постоянно защищены также и во время остывания до температуры 427 °C.

Процесс TIG может быть использован для стыковых соединений без подачи присадочного материала при толщине листа примерно до 3 мм. Сварка более толстого металла, как правило, требует использования присадочного металла и разделки кромок. Тут уже можно использовать TIG сварку с подачей проволоки или полуавтоматическую MIG сварку. Полуавтоматическая сварка является наиболее экономичной и производительной при толщинах титана от 10 мм. Если используется процесс TIG, то следует проявлять осторожность, чтобы предотвратить контакт вольфрамового электрода со сварочной ванной. Тем самым предотвращая попадание частиц вольфрама в сварочный шов.

Источники питания

Источник питания постоянного тока DC прямой полярности (DCSP) используется для TIG сварки титана. Для MIG сварки требуется источник тока обратной полярности (DCRP). На сварочной горелке должно быть дистанционное управление силой тока, чтобы не нарушать процесс сварки и контролировать охлаждение сварного шва при помощи защиты инертным сварочным газом. Желательной характеристикой аппарата для TIG сварки титана является ножная педаль управления током, высокочастотным зажиганием и таймерами защитного газа, для предварительного и окончательного продува.

Инертный защитный газ

Защита должна быть постоянной для титановых сварных соединений до их остывания до температуры 427 °C, а также расплавленной сварочной ванны в целях предотвращения взаимодействия с воздухом. Как для TIG сварки, так и для MIG сварки в качестве защитного газа и для обеспечения необходимой защиты применяется аргон или гелий.

Защитный газ необходим:

Первичная защита расплавленной сварочной ванны

Вторичная защита охлаждающегося расплавленного металла и околошовной зоны
Защита обратной стороны сварочного шва

Первичная защита расплавленной сварочной ванны

Первичная защита обеспечивается правильным выбором сварочной горелки. Горелки для аргонодуговой TIG сварки титана и его сплавов должны быть оснащены большим (18-25 мм) керамическим соплом и газовой линзой.

Сопло должно обеспечивать адекватную защиту для всей расплавленной сварочной ванны. Газовая линза обеспечивает равномерный, не турбулентный поток инертного газа.

Как правило, для первичной защиты используется аргон из-за его лучших характеристик стабильности дуги. Аргонно-гелиевые смеси могут быть использованы при более высоком напряжении и для большего проникновения в металл.

Определение расхода и эффективность сварочного газа для первичной защиты должны быть проверены до начала сварочных работ на отдельной титановой пластине. Незагрязненные, т.е. защищенные сварные швы должны быть яркие и серебристые по внешнему виду.

Вторичная защита охлаждающегося расплавленного металла и околошовной зоны

Вторичная защита наиболее часто происходит посредством специальной насадки на сварочную горелку – так называемого «сапожка». Насадки, как правило, изготавливаются на заказ, чтобы соответствовать определенной сварочной горелке и конкретной операции сварки.

Дизайн насадки должен быть компактным и должен способствовать равномерному распределению инертного газа внутри устройства. Следует учитывать также возможность водяного охлаждения, особенно для больших насадок.

Наличие в насадке медных или бронзовых диффузоров способствуют не турбулентному потоку инертного газа для защиты.

Защита обратной стороны сварочного шва

Основная цель устройства для защиты обратной стороны сварного шва заключается в обеспечении защиты инертным газом корневой части шва и околошовной зоны. Такими устройствами обычно являются медные подкладки. С водяным охлаждением или массивные металлические болванки, также могут быть использованы в качестве радиаторов для охлаждения сварных швов. Эти подкладки имеют канавку, которая расположена непосредственно под сварным швом. Для защиты с обратной стороны, как правило, требуется поток сварочного газа вдвое меньший, чем для первичной защиты.

Важно использование отдельных газовых редукторов для первичной, вторичной и защиты с обратной стороны. Таймеры и электромагнитные клапаны управляют продувкой до и после сварки.

Очистка поверхности и присадочного металла перед сваркой

Перед сваркой титана, важно, чтобы сварные швы и прутки (проволока) были очищены от окалины, грязи, пыли, жира, масла, влаги и других возможных загрязнений. Включение этих загрязнений в титан может ухудшить свойства и коррозионную стойкость сварочного соединения. Если пруток кажется грязным, протирка его нехлорированным растворителем перед использованием является хорошей практикой. В тяжелых случаях при особых загрязнениях может быть необходима очистка кислотой. Все поверхности сварного соединения и околошовной зоны на расстояние 25 мм должны быть очищены. Растворители особенно эффективны в удалении следов жира и масла. Очистка металла должна проводиться щеткой из нержавеющей стали. Ни при каких обстоятельствах не используйте стальные щетки из-за опасности внедрения в поверхность титана частиц железа и его дальнейшей коррозии.

Технология TIG сварки титана и его сплавов

В дополнение к чистоте свариваемой поверхности и присадочного металла, соответствующих параметров сварки, а также надлежащего инертного защитного газа, требует внимания техника сварки. Неправильная техника может быть источником появления сварных дефектов. Перед началом сварки, должны быть сделана продувка горелки, защитной насадки и подкладки для обратной стороны шва, чтобы убедиться, что весь воздух удален из системы. Для зажигания дуги должно быть использовано высокочастотное зажигание. Царапины, от вольфрамовых электродов являются источником вольфрамовых включений в сварных швах титана. Затухание дуги в конце сварки должно происходить плавным спаданием тока. Защита шва и околошовной зоны должна быть продолжена до охлаждения титана до температуры ниже 427 °C.

Вторичная и защита корня шва также должны быть продолжены. Сварной шов желтоватого или синего цвета указывает на преждевременное снятие защитного газа. Предварительный нагрев при сварке титана обычно не требуется. Однако если подозревается наличие влаги, из-за низких температур или высокой влажности, нагрев может быть необходимым. Нагрева газовой горелкой сварных поверхностей до 70 °C, как правило, достаточно, чтобы удалить влагу.

Длина дуги для TIG сварки титана без присадочной проволоки должна быть примерно равна диаметру вольфрамового электрода. Если добавляется присадка, то максимальная длина дуги должна быть около 1-1,5 диаметра электрода.

Цвет сварочного шва титана отображает его качество

Очистка между проходами не требуется, если сварной шов остается ярким и серебристый. Швы желтоватого или голубого цвета могут быть удалены проволочной щеткой из нержавеющей проволоки. Некачественные сварные швы, о чем свидетельствует темно-синий, серый или белый порошкообразный цвета, должны быть полностью удалены путем зачистки. Соединение затем должно быть тщательно подготовлено и снова очищено перед сваркой.

Как видно из этой статьи, сварка титана и его сплавов это не такая сложная наука, и используя указанные правила и технологии можно добиться высококачественных швов без особых усилий. Основой технологии сварки титана является подготовка соединения и материала перед сваркой и защита сварочного шва, его обратной стороны и околошовной зоны. В остальном сварка титана очень похожа на сварку других металлов, но только требует разное распределение времени в процессе. В то время как при сварке стали 30% времени уходит на подготовку и 70% на саму сварку, при сварке титана как раз наоборот: 70% на подготовку и 30% на сварку.

Сварка титана: особенности и последовательность процесса

Чтобы надежно соединить между собой любую металлическую конструкцию, используется сварка. Применяется специальный сварочный аппарат, который плавлением или давлением делает сварочный шов. Если говорить о таком материале, как титан, то чаще используется специальный электрод, плавящий материал под воздействием тока. Давайте подробнее рассмотрим, как производится сварка титана, и какая технология при этом используется.

Технология соединения

Сварочный электрод устанавливается в специальный держатель. Его крепление позволяет устанавливать электрод в разных положениях, что дает возможность работать даже в труднодоступных местах. Когда сварочный провод касается поверхности рабочего материала, образуется сварочная дуга. В этот момент температура на конце провода может достигать несколько тысяч градусов. Сам электрод тоже плавится, как и объект соединения, по которому он равномерно распределяется.

Титан – металл, который имеет высокую прочность. В чистом виде он практически не применяется, чаще всего его используют с различными примесями.

При сварке материал теряет часть своей прочности, меняется его структура, а потому важно проводить все работы в условиях полной защиты материала от взаимодействия с воздухом.

Чаще всего осуществляется холодная работа путем сдавливания, особенно на производствах.

Отрицательные моменты

Под воздействием высокой температуры титан может на протяжении длительного времени поддерживать сварочную ванную в жидком состоянии. В итоге в самом шве и в зоне вокруг него может увеличиваться количество зерна. Это влияет на качество шва.

Водород тоже оказывает негативное влияние: при его попадании в ванную происходит абсорбирование влаги. Кислород приводит к окислению титана, что становится причиной появления трещин в шве. Поэтому очень важно перед началом работ проводить тщательную подготовку. Хотя всего этого можно избежать, если проводится плазменная холодная сварка.

Подготовительные меры

Прежде чем будет проводиться сварка титана или материалов, состоящих из его сплавов, надо делать механическую обработку соединяемых кромок. Для этого производится травление с помощью раствора из различных кислот. Предварительно кромки зачищаются и обезжириваются. Для зачистки можно использовать шаберы или металлическую щетку. Делать это надо непосредственно перед началом работ. В результате должна получиться практически ровная поверхность без трещин, заусенцев и вмятин. Это необходимо, даже если планируется холодная методика соединения.

После зачистки проводится обезжиривание. Для этого применяются растворители на основе ацетона или сам ацетон в чистом виде. Это важно, даже если будет использоваться холодная сварка. После этого производится травка поверхности раствором, состоящим из:

После этой процедуры материал полностью готов к сварочным работам по любому способу, будь-то холодная методика или обычная.

Присадочная проволока

Для прочной сварки титана недостаточно только аппарата с электродом, даже если применяется холодная методика. Также потребуется специальная присадочная проволока, и подбирать ее надо в соответствии с маркировкой, которую можно увидеть на упаковке. В основном применяются следующие виды проволоки с такой маркировкой:

ВТ1-00;
ВТ1-00С;
ОТ4-1;
СПТ-2;
ВТ-2св.

Всё зависит от того, с каким сплавом титана необходимо работать, какая планируется методика — высокотемпературная илихолодная.

Но стоит помнить, что перед началом работ проволока так же, как и сварочная поверхность, предварительно обезжиривается и зачищается.

Как производится работа?

Сварка титана осуществляется дуговым методом. Необходимо соблюдать условия, в которых осуществляется стабильное горение дуги, а шов получается ровным и качественным. Обязательно соблюдение вида и полярности тока, скорости работы, необходимого напряжения и диаметра электрода. Для титана используется вольфрамовый электрод, который плавится при воздействии постоянного тока. Горелка при выполнении сварки должна двигаться ровно, без колебаний.

Два элемента, которые необходимо приварить, прижимаются друг к другу, затем накладывается присадочный материал. Между ним и электродом должен быть угол около 90 градусов. При этом важно учитывать, что проволока должна подаваться непрерывно, навстречу горелке.

Во время работы рекомендуется использовать специальный флюс АТН-23А или АТН-21А. Это не только повысит защиту, но и улучшит качество шва.

Сварку можно производить в полуавтоматическом или автоматическом режиме при помощи соответствующего оборудования. Нередко применяется и плазменная холодная методика. Вообще сварка титана — процесс достаточно сложный, и требует полного соблюдения техники безопасности.

Правила безопасности

Правила безопасности необходимо соблюдать, даже если проводится холодная сварка. Все провода, проводящие электричество, должны быть хорошо изолированы – это основное правило техники безопасности при работе с любым сварочным оборудованием. Все электрические элементы должны быть заизолированы так же, как и сам держатель электродов. Обязательно должны использоваться защитная маска и комплект спецодежды. Если работа проводится в замкнутом помещении, то может потребоваться резиновый коврик или специальные сапоги.

Вся работа должна осуществляется только в зонах с хорошей освещённостью.

Естественно, нельзя касаться голыми руками зажима и клейм цепи, когда они находятся под напряжением или производится сварка титана. Поблизости с рабочим местом не должно быть никаких горючих или легко воспламеняющихся материалов. Если соблюдать эти простые правила, все работы пройдут быстро и, главное, безопасно.

Руководство по сварке титана: подготовка материалов

Последнее обновление: 21 сентября 2020 г.

Партнерский отказ от ответственности: этот пост может содержать ссылки, которые принесут нам комиссию бесплатно для вас. Это помогает сохранить Weldguru бесплатным ресурсом для наших читателей.

Хотя титан на 45 % легче стали и на 60 % тяжелее алюминия, сварка этого прочного материала может оказаться сложной задачей. Фактически, многие недостатки титана являются причиной его плохой репутации в сварочном бизнесе. При постоянных температурах сварка может привести к загрязнению материала нитридами, карбидами и оксидами, что может привести к снижению сопротивления, хрупкости и ударной вязкости. Однако при высокой температуре титан может стать очень реактивным по отношению к химическим веществам в окружающей среде.

Хлор из чистящих средств или человеческого пота может вызвать коррозию в процессе сварки. Таким образом, сварщик должен быть защищен от локального загрязнения, так как трение от угловых шлифовальных кругов может привести к сильному нагреванию и способствовать попаданию загрязняющих веществ в сварной шов.

Санитарная обработка при работе с материалами

Наиболее важным шагом является выбор качественного титана для надлежащей подготовки материала и ухода за ним. Вам нужно будет хранить все материалы в сухом, чистом месте и следить за тем, чтобы они были запечатаны и завернуты, когда они не используются. Фактически, все сварщики также должны использовать чистые перчатки при работе с материалами, так как даже чистые руки могут испортить материал. Загрязнение смазочными материалами, смазочно-охлаждающей жидкостью, грязью, краской и другими веществами может привести к охрупчиванию – основной причине разрушения сварного шва.

Подготовка поверхности

При использовании качественных материалов, таких как титан класса 5, сварщики должны понимать использование различных комбинаций механических свойств, простоты изготовления, формуемости, коррозионной стойкости и свариваемости. В свою очередь, сварщики должны понимать, как подготовить идеальное основание и предотвратить три основные ошибки при сварке титана, в том числе:

Использование неправильного присадочного металла
Недостаточное качество защиты сварочной ванны
Неправильная очистка металла

Правильный способ распределения газа

Газовые вольфрамовые горелки могут охлаждаться водой или вспомогательным средством, в зависимости от предпочтительного оборудования.

Для сварки титана достаточно 2% оксидированного вольфрама, чтобы выдержать необходимый ток. Чтобы обеспечить достаточное покрытие, в большинстве учреждений используются собственные кошельковые блоки из листов нержавеющей стали и пористой меди. В свою очередь, губчатая медь работает как газовая линза, равномерно распределяя газ.

При подготовке поверхности для сварки используйте щетку из нержавеющей стали, специально предназначенную для титановых материалов. Это снизит риск перекрестного загрязнения другими металлами. Еще один фактор, который следует учитывать, — воздерживаться от использования любого растворителя на основе хлора. Вместо этого используйте твердосплавный напильник для удаления любых следов, оставшихся после механической обработки или шлифовки.

Хотите узнать больше о сварке бесплатно?

Зарегистрируйтесь и присоединитесь к более чем 10 000 других учащихся и получайте бесплатные статьи и советы по сварке, отправленные прямо на ваш почтовый ящик.

Лазерная сварка титана – EB Industries

EB Industries уже более 50 лет занимается сваркой титана с использованием технологий лазерной и электронной сварки. В следующей статье описываются некоторые проблемы лазерной сварки титана и то, как специалисты EB Industries используют свой опыт сварки и технические возможности для их преодоления.

Проблемы сварки титана

Титан — это легкий металл с превосходной коррозионной стойкостью и самым высоким отношением прочности к плотности среди всех металлических элементов. Это отличный материал для многих применений, от сверхлегких аэрокосмических деталей до искусственных суставов и имплантированных медицинских устройств.

Титан обладает двумя свойствами, которые сильно влияют на его свариваемость: 1) Титан имеет большое химическое сродство к соединению с кислородом; и 2) титан не имеет большого сродства к соединению с любыми другими химическими веществами.

На открытом воздухе свежеобработанный или очищенный титан быстро образует микроскопический слой оксидов. Это образование оксидов создает естественную пассивность, которая подавляет реакции с другими химическими веществами, такими как растворы солей или окисляющих кислот. В результате титан обладает превосходной коррозионной стойкостью. Однако при нагреве для сварки эти оксиды образуются еще быстрее, и когда температура достигает точки плавления титана (1668 °C, 3034 °F), оксиды растворяются в растворе и загрязняют сварочную ванну, вызывая нечистый и очень слабый сварной шов. По этой причине необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы свести к минимуму воздействие кислорода на свариваемую деталь после очистки и во время сварки. Как правило, для защиты детали используется защитный газ, такой как аргон или гелий, и необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы убедиться, что газ полностью покрывает зону термического воздействия, включая заднюю сторону и/или внутреннюю часть детали. Одним из вариантов, который обеспечивает исключительное покрытие газа, может быть сварка детали в перчаточном боксе для лазерной сварки, заполненном чистым газом.

Детали также можно надежно сваривать в полном вакууме (как в случае с электронно-лучевой сваркой), однако лазерная сварка в вакууме не получила широкого распространения.

Поскольку титан является очень нереакционноспособным веществом, он является отличным материалом для использования в медицинских целях, в которых он будет находиться в длительном контакте с тканями человека, поскольку химические вещества и соединения в организме просто не связываются с титаном. Однако эта характеристика также означает, что титан не легко сплавляется с другими материалами, что делает почти невозможным сварку титана с любым другим металлом. Следовательно, не рекомендуется использовать титан для сварки разнородных материалов. Если соединение титана с другим металлом имеет важное значение для применения, соединение взрывом или определенные типы пайки будут единственными жизнеспособными вариантами.

Лазерная сварка против электронно-лучевой

Не знаете, какой процесс лучше всего соответствует вашим требованиям с точки зрения качества и экономической эффективности? Мы составили подробное руководство, полное информации, необходимой для принятия разумного решения.

Загрузите его сейчас. См. это

Лазерная сварка титана

Лазерная сварка является хорошим вариантом для сварки титана. Если очистка деталей и газовое покрытие выполняются надлежащим образом, процесс позволяет получать высококачественные сварные швы по разумной цене. Как правило, проникновение лазерной сварки в титане может составлять до 0,325 дюйма. Для сварки с более глубоким проплавлением или более сложных применений мы рекомендуем использовать электронно-лучевую сварку.

Защитные газы для сварки титана

Защитные газы абсолютно необходимы при лазерной сварке титана. Как упоминалось ранее, особое внимание следует уделить тому, чтобы нагретая область детали была полностью покрыта газом. Простое направление газового сопла в область сварного шва не обеспечит достаточного охвата. Для полного заполнения сварного шва и прилегающей зоны газом следует использовать специальные инструменты или приспособления. Перчаточный ящик для лазерной сварки на чистом газе является оптимальной установкой для сварки титана.

Выбор защитных газов ограничен:

Аргон: Относительно низкая стоимость газа делает его лучшим выбором для большинства применений лазерной сварки титана. Кроме того, поскольку аргон немного тяжелее воздуха, его легко направлять и покрывать деталь — аргон имеет тенденцию оставаться в зоне сварки.
Гелий: обычно не рекомендуется из-за его высокой стоимости. Гелий значительно легче воздуха, поэтому его трудно сдерживать и направлять. Однако защитный газ гелий, как правило, обеспечивает более горячую сварочную ванну, что позволяет потенциально более глубокое проплавление.
Смеси аргона и гелия: обычно рекомендуется, когда для применения требуется ряд характеристик.

Предварительная подготовка к сварке

Титан является твердым металлом, поэтому особые меры предосторожности при обработке во время изготовления не требуются, но, как и при всех операциях точной сварки, необходимо соблюдать особую осторожность для удаления оксидов и углеводородных загрязнений с титановых деталей перед сваркой. Этого можно добиться механически, используя проволочные щетки из нержавеющей стали, шлифовку, напильник или скребок для удаления любых оксидов. Существуют также методы химической очистки с использованием растворов щелочи и воды, которые эффективны при удалении оксидов.

Углеводородный остаток на титановых деталях обычно удаляют с помощью растворителей на основе ацетона или спирта. Избегайте использования хлорированных растворителей в зоне сварки, поскольку при нагревании они могут образовывать токсичные газы.

Детали из титана следует сваривать сразу после очистки. Если это невозможно, детали можно запечатать в пластиковые пакеты, заполненные сухим аргоном или азотом, чтобы избежать повторения процесса очистки.

Руководство по подготовке швов

При очистке поверхности растворителями используйте чистую ткань, например марлю или бумажные полотенца. Не используйте ветошь, которая может быть загрязнена остатками масла. Работать с прецизионными деталями следует в неопудренных латексных перчатках, а очищать их следует с помощью хлопчатобумажных салфеток без звеньев и деликатных салфеток с соответствующим растворителем.
Используйте проволочную щетку из нержавеющей стали для очистки соединения только после очистки растворителем. Предварительная очистка проволочной щеткой может содержать углеводороды и другие загрязнения.
Всегда используйте новые или недавно очищенные щетки из нержавеющей стали для очистки соединения. Старые щетки, лежащие вокруг верстака, могут содержать масла и другие загрязнения. Не используйте щетки, которые использовались для других металлов, так как металлические хлопья могут попасть на щетину щетки и вызвать загрязнение и ослабление сварных швов.
Как правило, поверхности, подвергшиеся химическому травлению, пассивации или прецизионной очистке, не следует обрабатывать проволочной щеткой.
Часто очищайте все проволочные щетки и режущие инструменты.
Избегайте использования сжатого заводского воздуха для удаления мусора из области соединения. Сжатый воздух содержит влагу и масляные загрязнения. Если деталь необходимо продуть, используйте баллонный газ, такой как азот или аргон.

TOP HEADLINES