Как варить титан аргоном - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Как варить титан аргоном

Особенности сварки титана и титановых сплавов. Технология сварки и необходимое оборудование

Титан и его сплавы нашли широкое применение в самых ответственных отраслях современного машиностроения, благодаря их низкой массе, высокой прочности и стойкости к агрессивным химическим средам.

Особенности сварки титана и его сплавов

В то же время сварка этих материалов сильно затруднена, что объясняется рядом их свойств:

  • высокая температура плавления (1470-1825℃);
  • склонность к увеличению размеров кристаллов и появлению пор при температурах более 880℃;
  • окисление металла атмосферным воздухом, высокая химическая активность всех зон, температура которых превышает 400℃;
  • сплавы, содержащие железо, хром, марганец, молибден, вольфрам или ванадий, склонны к закалке и обладают низкой пластичностью, в ряде случаев после сварки требуется их отжиг.

Эти факторы обусловили необходимость сварки титана и его сплавов в защитных газовых средах, в первую очередь, аргоновой и гелиевой. Кроме того, одной из главных задач сварочного оборудования, задействованного в работе с данными металлами, является минимизация времени и площади термического воздействия как на шов, так и на прилежащие к нему зоны.

Вне зависимости от использованного вида сварки и технологического процесса прочность шва по отношению к прочности основного металла не превышает 80%, что нужно учитывать при проектировании титановых конструкций.

В настоящее время ведется поиск более эффективных методов соединения материала.

Подготовка титана и его сплавов под сварку

Процесс изготовления любых полуфабрикатов и заготовок из титана и его сплавов связан с термической обработкой металла. Это значит, что на поверхности изделий содержится плотная оксидно-нитридная пленка, без разрушения которой сварочные работы будут невозможны или неэффективны. Поэтому процесс подготовки к сварке имеет такую последовательность:

  1. Подгонка заготовок, кромкование в случае необходимости.
  2. Механическая обработка (шлифование) подготовленных кромок, а также прилегающих к ним поверхностей.
  3. Химическая обработка стыка. Для растворения остаточных пленок используется смесь дистиллированной воды, соляной кислоты и фторида натрия в пропорции 13:7:1. Время воздействия на металл составляет 5-10 минут, необходимая температура – около 60℃.
  4. Окончательная обработка. Непосредственно перед сваркой стык и прилегающие к нему зоны (шириной до 25 мм) зачищают металлической щеткой до характерного блеска, после чего обезжиривают спиртосодержащими составами.

Правильно проведенные подготовительные операции сводят к минимуму вероятность появления полостей в сварочном шве, его растрескивание или разрушение под нагрузкой, позволяют сформировать однородную устойчивую сварочную ванну.

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.

Технология сварки титана аргоном

Аргонодуговая сварка титана и его сплавов приобрела наибольшую популярность ввиду оптимального соотношения доступности технологического процесса и качества получаемых швов. Она широко используется как в массовом производстве деталей из титановых заготовок, так и в частных случаях.

Необходимое оборудование

Технология допускает использование любого электродугового сварочного аппарата, способного обеспечить жесткую вольт-амперную характеристику (обычно сила тока составляет не менее 140 А). Используются вольфрамовые электроды, особенности которых рассмотрены ниже. Поскольку свойства металла требуют непрерывной защиты стыка инертными газами, особую сложность представляет именно равномерная подача газа с необходимой интенсивностью.

Распространены три способа газовой защиты:

  • струйная – аргон подается в зону сварки направленной струей через специализированные сопла и отражатели, вытесняя атмосферный воздух;
  • местная – предполагает использование небольших герметичных камер, заполненных газом, работать в которых можно через гибкие рукава-манипуляторы;
  • полная – промышленный способ, при котором заготовки размещаются в камере с контролируемой атмосферой (например, УБС-1, ВКС-1, ВУАС-1), требует использования сварочного костюма-скафандра.

Важно помнить, что защите должна подвергаться не только сварочная ванна, но и обратная стороны стыка, а также все прилегающие к ним зоны, которые нагреваются до высоких температур в процессе сварки.

Выбор электродов

Для аргонодуговой сварки титана и титановых сплавов используют вольфрамовые электроды малого диаметра.

Если толщина стыка не превышает 3 мм, применяются электроды диаметром 1,5-2,0 мм без присадочного материала. Во всех остальных случаях толщина электрода соответствует толщине стыка, использование присадочной проволоки обязательно.

При первых же признаках износа или повреждения электрод заменяют. Работа неисправным электродом не только отрицательно сказывается на технических характеристиках сварочных швов, чувствительных к режиму проведения работ, но и может быть небезопасной для сварщика.

Присадочная проволока

Выбор присадочного материала зависит от марки титана или сплава, толщины заготовок, толщины электрода, параметров сварки, эффективности принятого метода защиты стыка от атмосферного воздуха. В большинстве случаев можно руководствоваться этой таблицей:

Марка материалаМарка присадочной проволоки
ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ5, ВТ5-1ВТ1-00св, ВТ2, ВТ2В, ВТ20-1св, ВТ20-2св
ВТ6, ВТ3-1, ВТ9, ВТ14, ВТ16, ВТ20ВТ15, СПТ-2, СП-15
ВТ22 (с пост-термообработкой)ВТ20-1св, ВТ20-2св, СПТ-2
ПТ-7М, ПТ-3В, ПТ-1MВТ1-00св, СПТ-2, СП-15

Следует учитывать, что металлы марок ОТ4, ВТ5, ВТ5-1 требуют использования щадящих режимов сварки, в том числе с минимальной погонной энергией. Для большинства других материалов требуются режимы с быстрым охлаждением.

Процесс сварки

Наличие и метод разделки кромок, а также параметры сварки зависят от толщины стыка. Обычно эта зависимость имеет такой вид:

Толщина металла, ммРазделка кромокСила сварочного тока, АНапряжение дуги, ВДиаметр присадочной проволоки, ммКоличество проходов, шт.
1-3Отсутствует40-9010-141,2-2,01
3-10Односторонняя прямая фаска под углом 35-45°120-20010-151,5-2,52-12
10-20Радиальная ванна с бортами, наклоненными на 15°180-28012-162,5-3,012-26
Более 20Двухсторонние прямые фаски под углом 30-35°230-28013-162,5-3,0Не менее 24

Электродуговую сварку титана и сплавов проводят в нижнем положении. Техника мало чем отличается от классической дуговой сварки, общий алгоритм действий включает следующее:

  1. Закрепление очищенных и обезжиренных заготовок на опорной поверхности с зазором, соответствующим конфигурации детали и режиму сварки (для листов толщиной 2,0-3,0 мм зазор составляет 0,5-1,5 мм).
  2. Подача аргона к месту стыка или в защитную камеру. При струйном методе защиты общий расход газа на обдув рабочей и обратной стороны шва составляет 12-16 л/мин для листов толщиной 2,0-3,0 мм.
  3. Поджигание дуги в начале шва. Происходит не раньше, чем через 15 секунд после начала струйной подачи аргона или сразу после вытеснения атмосферного воздуха из защитной камеры.
  4. Последовательная проварка шва. Осуществляется путем плавного и достаточно быстрого осевого перемещения, поперечное смещение следует свести к минимуму. Обычно электрод ведется углом вперед, а присадочную проволоку подают перпендикулярно ему.
  5. Повторная проварка шва в случае необходимости. Может проводиться до 40 последовательных проходов.
  6. Обрыв дуги и завершение работ. При этом подача аргона продолжается, пока металл в зоне стыка не остынет до 250-300℃ (для изделий небольшой толщины – около 45-60 секунд).

Как и чем варить титан? Сварка титана: технология и особенности

Титановые детали и конструкции часто находят применение в узкоспециализированных областях, среди которых авиастроение и космическая отрасль. Столь высокое доверие к металлу обуславливается уникальным сочетанием характеристик. При небольшой удельной массе он обладает высокой прочностью, антикоррозийностью и защитными свойствами от химических воздействий. И это далеко не все качества, которыми характеризуется титан. Сварка титана по этим же причинам становится сложной задачей не только для начинающего мастера, но и для профессионалов.

Особенности сварки материала

Физико-химические свойства титана ограничивают использование некоторых высокотехнологичных способов сварки, что заставляет мастеров модифицировать подходящие, но изначально менее производительные методы. Главная сложность в использовании наиболее распространенных способов сварки заключается в повышенной температуре нагрева данного металла. В частности, эффективная работа с ним возможна при режимах термического воздействия порядка 1500-1700 °C. На уровне 500 °C заготовки чаще всего сохраняют базовые прочностные качества. Технологические особенности сварки титана определяются и негативными факторами воздействия на структуру со стороны атмосферного воздуха. В обычном состоянии этот фактор не имеет значения, но в условиях температуры более 400 °C раскаленные зоны будут требовать дополнительной защиты. И это не говоря об основной изоляции непосредственно сварочной ванны. При повышении температуры возникают и сложности другого рода. Так, при достижении 900 °C происходит увеличение зерен и образование крупных пор, что в дальнейшем сказывается на прочностных качествах заготовки.

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.

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.

Читайте также:  Импульсное анодирование титана

Ручная дуговая сварка

В процессе задействуется вольфрамовый электрод с подключением источника постоянного тока. Защите подвергается зона вокруг шва, корень шва и ближние затронутые термическим воздействием зоны. Изоляция обеспечивается козырьками, насадками и термически стойкими пористыми материалами, в которые подается газ. Подкладки желательно применять из меди или стали. Если производится обработка трубы, то газ пускается прямо в дуло. Что касается оптимального режима, то для 2-миллиметрового электрода сила тока может составлять порядка 90 А. Это начальный уровень для работы с заготовками толщиной 4-5 мм. Конкретные величины могут изменяться и в зависимости от того, каким образом легировался титан. Сварка титана выполняется на короткой дуге без колебательных манипуляций. Электрод наклоняется противоположно направлению его движения – то есть вперед углом. Резко завершать операцию нельзя. В целях предотвращения образования окислов все защитные приспособления остаются на прежних местах даже после отключения электродов.

Автоматическая сварка

В работе также используется вольфрамовый электрод. Если применяется неплавящаяся разновидность электрода, то подключаемый ток должен иметь направленную полярность. При этом оптимальный размер выходных отверстий горелки составляет 14-15 мм. Техника выполнения в целом соответствует ручному методу, но важно учитывать, что в силу повышенной активности данного металла операции зажигания и гашения при работе с горелкой должны производиться в стороне от места шва. Автоматическая сварка титана аргоном после гашения должна обеспечивать подачу газа еще как минимум 1 мин.

Электрошлаковая сварка

Менее популярный метод, но он может быть эффективнее в работе с отдельными сплавами. Например, при сварке легированного 5-процентного титана с добавками алюминия и олова. В качестве силового источника применяется трехфазовый трансформатор, что свидетельствует о высоких нагрузках в процессе работы. Достаточно отметить силу тока при сварке толстых поковок – в среднем 1500-1600 А. Далее ход операции зависит от того, каким электродом плавится титан. Сварка титана электродом пластинчатого типа с размерами 12х60 мм обеспечивает оптимальное качество шва, который по характеристикам соответствует основной структуре заготовки. В обработке прессованных деталей часто используют такие же электроды, но с диаметром 8 мм. Это решение может показаться оправданным ввиду нетребовательности структуры металла, но прочностные качества шва будут понижены – в среднем 85% от показателя нетронутой структуры.

Контактная сварка

В этом случае многое зависит от скорости работы. Практика показывает, что для крупных заготовок, к примеру, предпочтительным будет режим 2 мм/сек. Увеличение данного показателя приведет к снижению прочности заготовки и положительная функция защитного газа будет минимизирована. Неплохой по качеству результат можно получить, если заранее выполнить более глубокую механическую обработку поверхности заготовки. Благодаря зачистке крупнозернистой наждачной бумагой вкупе с легкой фрезеровкой будет обеспечена стабильная и ровная сварка титана. Отзывы также указывают на достижения хороших результатов при контактной сварке в условиях сбалансированной осадки. Ее следует подбирать из следующего расчета: в среднем на 20% выше, чем при обработке углеродистой стали.

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.

Возможные дефекты при сварке

Одним из самых серьезных дефектов является образование пор. Это газовые примеси в структуре металла, в формировании которых участвовал водород. Исключить этот изъян можно двумя условиями – выполнением качественной всесторонней зачистки перед сваркой и обеспечением эффективной защиты нагретого металла в процессе обработки. Еще одной проблемой может стать появление окислов, которые переходят от места создания шва к цельной структуре. Кстати, от этого недостатка полностью страхует холодная сварка титана. Отзывы самих пользователей свидетельствуют, что предотвратить этот дефект при термической обработке помогает именно долговременное поддержание газовой защиты аргона уже после завершения процесса. Индикатором для снятия защиты станет нормализация температуры шва.

Заключение

Если сравнивать сварку титана с аналогичными операциями над другими металлами, то будет выявлен целый ряд отличий. Прежде всего, они касаются организационного процесса. От исполнителя требуется надлежащим образом подготовить металл, а также позаботиться о приспособлениях, которые защитят основной бесшовный титан. Сварка титана при соблюдении правил термической обработки и выборе оптимального режима для функции электрода с большей вероятностью обеспечит достойный результат по прочности. Собственно, о том, насколько высоко качество образуемого шва, можно судить по его оттенку уже в ходе сварки. Так, серебристый цвет свидетельствует о высокой защите и, следовательно, укреплении структуры шва. Шов с соломенным оттенком менее прочен, но эту ситуацию еще не поздно исправить, скорректировав, например, подачу газа. О том, что в ходе обеспечения защиты были допущены серьезные ошибки, скажет коричневый оттенок.

Как варить титан в аргоновой среде

Титан применяется во многих областях промышленности, в судостроении, в медицине для изготовления протезов. Причина использования — высокая прочность при небольшой массе, активное сопротивление процессам коррозии. Металл не относится к числу редких элементов. Его добывается больше, чем цинка, свинца или меди. Цена высокая по причине затратной обработки заготовок. Для соединения деталей используется сварка титана аргоном.

Свойства металла и его сплавов

При температуре плавления 1668°С сплав способен самовоспламеняться в среде кислорода при 400°С. Титан активно поглощает водород, реагирует на азот. При добавлении в него разных элементов таблицы Менделеева получаются сплавы, обладающие другими свойствами.

Общая технология сварки аргоном

При сварке деталей из титановых сплавов нужно помнить, что к ним применимы не все технологии, распространенные на производстве. Причиной является особая активность металла. При попадании в зону обработки оксидов, нитридов или карбидов качество сварного шва снижается. Другая причина — высокая температура. При 880°С свойства сплавов резко меняются. Они приобретают чувствительность к скорости охлаждения и крупнозернистость.

На качестве сварки сказываются:

  • низкая теплопроводность;
  • способность к самовозгоранию;
  • окисление при воздействии углекислоты;
  • образование нитридных соединений;
  • поглощение водорода.

Хорошее соединение можно получить только при аргонодуговой сварке титана. Процесс работы представляет много сложностей. Критичная для металла температура — выше 400-500°С. Шов может не выдержать ударов. При проведении работ с соблюдением всех требований технологии сварки титана и его сплавов в среде аргона прочность шва равняется 0,6-0,8.

Методы сварки в аргоновой среде

На практике применяются различные способы соединения титановых сплавов в аргонной среде.

Наиболее часто встречающиеся:

  • точечный;
  • контактный;
  • конденсаторный стыковой;
  • шовный роликовый;
  • с использованием флюса.

Перечисленные виды контактной сварки ведутся в быстром темпе. При длительном воздействии высоких температур изделие становится хрупким. В качестве флюса применяют состав АН-Т2 или АН-11, АНТ-1, АНТ-3, АНТ-7. Перед соединением деталей их подвергают обезжириванию и механической обработке. С целью удаления оксидной пленки иногда применяется подогретая кислота. Все подготовительные работы проводятся в защитных перчатках.

Для работы требуются специальные электроды. При сварке полуавтоматом используется маркированная присадочная проволока. Перед использованием она зачищается шкуркой и обезжиривается. Для соединения деталей из титана нужна керамическая горелка с газовой линзой.

  • вольфрамовый электрод;
  • ток прямой полярности, постоянный;
  • непрерывная подача электродной проволоки.

Хорошо можно сварить сплавы ВТ1-ВТ5, хуже соединяются ВТ15-ВТ22. Остальные виды считаются промежуточными. Все операции выполняются аппаратами с правильной настройкой. Необходимо включить постоянное напряжение прямой полярности 80-130 В. При этих параметрах работа выполняется током 45-220 А. Горелка передвигается со скоростью 18-22 м/ч.

Точечный

Этот метод используется при соединении деталей или листов, толщина которых может достигать 4 мм. Рабочие параметры:

Толщина деталей (мм)Диаметр электродаПрохождение тока (сек)Сжатие деталей (сек)Сила тока (А)
0,84,0 — 4,50,10 — 0,150,17000
1,04,5 — 5,00,15 — 0,200,38000
1,25,0 — 5,50,20 — 0,250,38500
1,55,5 — 6,00,25 — 0,300,49000
2.06,0 — 7,00,25 — 0,300,410000
2,57,0 — 8,00,30 — 0,400,412000

Метод используется при сварке кожухов, опорных рамок и других конструкций.

Контактный

Применение данного способа предусмотрено требованиями ГОСТ. Скорость соединения — 2-2,5 мм/сек. При ее превышении шов будет иметь сниженную прочность. На практике применяются несколько разновидностей контактной сварки. Каждая имеет индивидуальные режимы, зависящие от толщины заготовок, диаметра электрода, времени прохождения сварочного тока через место соединения и других параметров.

Конденсаторная стыковая сварка

Режим работы определяется площадью заготовок. Свариваемые детали могут иметь сечение 150-10000 мм². От него зависят остальные параметры: припуски оплавки и осадки, рабочий ток и другие значения. Главное отличие метода — запас электрической энергии в батарее, состоящей из конденсаторов большой мощности. Заготовки из труб до 23 мм в диаметре можно заварить без защитного газа, так как электрический импульс выжигает в месте сварки все окислители. Емкость накопительной батареи — 5000-7000 мкф, импульсное напряжение — 800-1200 вольт.

Шовный роликовый

Отличие способа — использование электродов, напоминающих ролики. Они катятся и сжимают заготовки. Импульсы тока большой мощности подаются в рабочую зону, образуя цепочку из точек сварки. Шов герметичный при металле толщиной 0,2-3,0 мм. Он часто встречается при изготовлении емкостей: топливных баков, других сосудов для хранения жидкостей без создания высокого давления.

Толщина листов (мм)Ширина шва (мм)Усилие на роликах (Н)Действие тока (сек)Скорость сварки (м/мин)Сила тока (А)
0,8+0,83,5-4,029500,10-0,120,8-1,06000
1,0+1,04,5-5,539350,14-0,160,6-0,87500
1,5+1,55,5-6,549150,20-0,240,5-0,610000
2,0+2,06,5-7,563850,24-0,280,4-0,512000
2,5+2,57,0-8,078550,28-0,320,3-0,415000

Метод применяется для герметичных соединений титановых деталей.

Под флюсом

Способ годится для соединения деталей толщиной до 5 мм. Заварить их можно встык, внахлест или под углом. Для работы используется ток 250-330 А при напряжении от 24 д 38 В. Скорость сварки 40-50 м/ч. Используемый режим:

Толщина заготовок (мм)Способ соединенияСила тока (А)Напряжение (В)Скорость сварки (м/час)
3-5Стыковой250-32024-3850
3-5Угловой250-30032-3640-50
2-3Внахлест250-30030-3540

Во время работы шов засыпается флюсом в виде порошка. При его сгорании образуются инертные газы и закрывают собой сварочную ванну и пространство рядом со швом. Флюсовой материал предварительно просушивают при высокой температуре (около 250°С). Аппаратура включается на режим тока обратной полярности величиной 600-650 А.

Читайте также:  Литье титана по выплавляемым моделям

Особенности ручного метода сварки

Ручная сварка применяется для изготовления изделий в единственном числе или мелкими сериями, при выполнении работ большой сложности, с которыми автомат справиться не в состоянии. Ток выбирают около 100-140 А. Электрод нужно вести прямо, с наклоном вперед. Оборудование настраивается на постоянный ток. Зона сварки подвергается защите, которая не снимается в течение 1-2 минут после отключения тока. Цвет шва свидетельствует о его качестве: высокое — серебристый, низкое — синий или черный.

Необходимые электроды

Для сварки титановых сплавов используются электроды, изготовленные из вольфрама с добавками небольшого количества оксида лантана, который дает возможность увеличения тока на 50%, продлить срок службы и снизить степень загрязнения сварочной ванны. Конус изделия для снижения шероховатости полируется.

Используются изделия, имеющие сечение 12х60 мм. С их помощью получают шов высокого качества, близкий по составу к свариваемому материалу.

Рекомендации специалистов

Качество шва зависит не только от квалификации сварщика.

Большое влияние оказывают:

  • состав газа;
  • режим работы установки;
  • применяемый электрод.

Специалисты рекомендуют вместо гелия, имеющего большой расход, использовать аргон. Его затраты в 1,5-2 раза меньше, скорость обработки увеличивается.

При сварке крупных деталей лучше пользоваться током прямой полярности. Он более глубоко проплавляет металл. Листы толщиной до 2 мм следует соединять током обратной полярности, который дает малую глубину оплавления и не прожигает материал.

Заготовки необходимо правильно подготовить. Для удаления окисной пленки сплав обезжиривается на 20 см от шва.

Далее нужно протравить место работы составом:

  • соляная кислота — 35 частей;
  • вода — 65 ч;
  • фторид натрия — 50 г.

Раствор нагревается до 65-70°С и используется по назначению.

Механическую обработку делают стальной щеткой, наждачной бумагой №12. Все трещинки и заусенцы удаляются с поверхности. После этого можно начинать сварку.

Дефекты и методы исправления

При работе с титаном встречаются различные дефекты, предусмотренные ГОСТом:

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

В шве не допускаются разрывы и трещины, которые в дальнейшем становятся очагами разрушения. Причина дефектов — содержание в металле лишнего углерода, водорода, фосфора или никеля. Для удаления трещин необходимо засверлить их концы, зачистить место дефекта и заварить его заново.

Поры — это заполненные газом полости. Их нужно обработать механическими способами, зачистить и переварить.

Твердые включения встречаются в виде инородных веществ, попавших в шов. Такое место полностью удаляется и соединяется заново.

Несплавление — часть металла не соединилась со швом. Причина — неправильный режим работы аппарата, угол наклона электрода или недостаточная обработка заготовки. Дефектное место полностью удаляется, детали свариваются вновь.

Избежать дефектов можно только при использовании лазерной техники.

Как варить титан в среде аргона? Премудрости аргонодуговой сварки

Аргонная сварка титана требует соблюдения некоторых технических условий. Рассмотрим эти нюансы!

При сварке титановых изделий, зону соединения рекомендуется надежно защищать от атмосферного воздуха. В защите нуждаются — сварочная ванна и участки металла нагретые свыше 400 градусов.

Титан соприкасаясь с кислородом и азотом при нагреве до высоких температур становится хрупким. Поэтому для защиты зоны сварки от окисления и азотирования на горелку устанавливают специальные приспособления.

Ниже на фото показаны приспособления для защиты вспомогательного газа и подачи аргона в повышенном количестве.

Подготовка материала

Сварка аргоном титана выполняется только после подготовки сварных кромок и присадки. Для наглядности таблица разделки кромок.

Перед работой, нужно провести полировку (зачистку) поверхности изделий стальной щеткой, наждачной бумагой и обезжирить ацетоном, спиртом.

Для удаления оксидной пленки, можно приготовить смесь из 2-4% фтористоводородной кислоты и 30-40% азотной кислоты. Травление производится в течение 30 секунд, температура травления не более 60 градусов.

Сварка титана в среде защитного газа нуждается в присадочных материалах. Которые подразделяются по составу (палладий, ванадий, алюминий) и по содержанию кислорода. Таблица (ниже) с характеристиками присадок из титана и его сплава.

Присадочные прутки и проволока во время сварки в аргоне, не должны выходить за пределы защитного газа. Потому что при соприкосновении с воздухом титановые присадки загрязняются.

Технология сварки титана аргоном

Аргонодуговая сварка титана выполняется на постоянном токе прямой полярности. Электроды используются вольфрамовые. Как варить правильно?

В отдельных случаях аргонодуговая сварка титана нуждается в специальных приспособлениях, в которые поступает инертный газ вытесняя воздух. Эти принадлежности могут быть любой формы и размеров, смотрите схемы вначале статьи.

Также сварка аргоном титана возможна с использованием медных или стальных подкладок. В которых можно вырезать отверстия для подачи газа.

Для соединения труб применяют специальные фартуки с разным закруглением, зависит от диаметра трубы.

Видео: аргонная сварка титана (труб) с фартуком.

При соединении встык или внахлест, толщина металла до 3 мм можно не использовать присадочную проволоку. Просто ставится сопло по диаметру побольше и увеличивается подача аргона.

Чтобы сварка титана в домашней мастерской проходила более качественно и быстрее, посмотрите в таблице основные режимы аргонодугового соединения.

Варить титан необходимо на короткой дуге, без колебательный движений. Подача присадочного прута происходит беспрерывно. Всё познается на практике, методом проб и ошибок.

Подачу газа после гашения дуги для остывания металла рекомендуется ещё продолжать в течение минуты. Это действие предотвратит сварной шов от окисления.

Качественный шов должен получится светлым и серебристым. Если ваше творение имеет черный цвет и синеву, значит шов получил загрязнение кислородом или азотом. В таких случаях, изделие требуется переварить.

Видео: аргонная сварка титана (советы и рекомендации от профи).

Технологии сварки титана и титановых сплавов

Титан обладает очень большой твердостью, неплохой коррозионной стойкостью. Из этого металла делают высокопрочные детали для танков, кораблей, автомобилей, оборудование для медицинского сектора, трубы. Сварка титана проводится аргонодуговым методом, поскольку он минимизирует вероятность образования вредоносных оксидов, которые негативно влияют на прочность сварного шва.

Особенности сварки титановых сплавов

Температура плавления титана составляет порядка 1500 градусов. При наличии примесей температура плавления может меняться как в большую, так и в меньшую сторону. Металлические сплавы на основе титана обычно сохраняют свою структуры при нагреве до 500 градусов по Цельсию (коррозийная стойкость сохраняется и при более серьезном нагреве).

Необходимо защитить сварной шов, чтобы избежать появления вредоносных оксидов и различных сложных соединений на основе азота и титана. Механизм образования таких соединений следующий:

  1. В воздушной атмосфере постоянно присутствуют различные газы — азот, кислород, углекислый газ. В твердом состоянии титан не вступают в химическую реакцию с этими веществами из-за особенностей межатомных связей в титановом сплаве.
  2. Во время сварочных работ происходит частичное или полное расплавление титана в локальной области нагрева с последующим объединений расплавленных фрагментов друг с другом (в таком случае между отдельными титановыми деталями образуются прочные межатомные связи, что делает соединение надежным).
  3. При нагреве металла также происходит активизация газов, которые находятся в воздушной атмосфере. Из-за этого кислород, азот и прочие газы начинают активно контактировать с расплавленным титаном. Это может вызывать две реакции — механическую и химическую. При механической реакции атмосферные газы проникают вглубь металла, оседают там в виде микроскопических пузырьков. При химической реакции газы контактируют с титаном на субатомном уровне, что приводит к образованию различных оксидов и сложных соединений.

Пузырьки и оксиды оказывают негативное воздействие на качество сварного шва, что снижает его прочность. В случае большой концентрации вредоносных элементов сварное соединение становится ненадежным. Оно растрескивается даже в случае не слишком большой нагрузки, оно заметно чаще покрывается коррозией.

Для повышения качества сварки имеет смысл применять обдувание локальной области различными инертными газами. В таком случае газы будут вытеснять азот и кислород, что будет препятствовать образованию пузырьков и оксидов. Именно поэтому электрошлаковая и сварка аргоном являются оптимальными способами соединения металлических изделий на основе титановых сплавов.

Подготовительные работы

Чтобы шов получился прочным, необходимо провести подготовительные работы:

  • Большинство металлических изделий из титана покрыты защитной пленкой оксидно-нитратного типа. Пленка появляется естественным образом во время тепловой обработки металлов. Перед сваркой необходимо избавиться от этой пленки, поскольку из-за нее будет снижаться качество. Для этого необходимо выполнить травление металла в смеси на основе фторида натрия (1 часть), воды (13 частей) и соляной кислоты (7 частей). Время травления — не более 10 минут, температура — порядка 50-60 градусов.
  • Также перед проведением сварочных работ необходимо зачистить край металлического объекта, где будет пролегать сварной шов. Для очистки рекомендуется использовать металлические щетки высокой жесткости. Помимо края рекомендуется также выполнить зачистку участка, который располагается в радиусе 1,5-3 сантиметров от стыка. После проведения очистки нужно не забыть сделать обезжиривание металла (с помощью спирта или любого другого реагента).
  • Перед работой также рекомендуется подобрать пруток, который будет выступать в качестве основы для сварного шва. Химический состав прутка имеет первостепенное значение. Сварной пруток и детали для сварки должны обладать примерно одинаковым составом, чтобы шов получился прочным. Чем сильнее отличается состав, тем выше будет шанс появления трещин и дефектов.

Сварка титана полуавтоматом

Соединение отдельных титановых элементов осуществляется с помощью электрической дуги, которая создается вольфрамовым электродом. Преимущества: простота работ, высокая скорость застывания сварного шва.

Рекомендуется использовать постоянный ток прямой полярности. Это значительно ускоряет плавление титановых краев, что минимизирует шанс появления вредоносных оксидов. Гашение и зажигание горелки рекомендуется выполнять вне свариваемого объекта на специальных планках.

Обратите внимание, что сварка титана полуавтоматом может привести к образованию оксидов и кислородных пузырьков в металле. Для минимизации последствий такого сценария рекомендуется обрабатывать шов инертным газом (аргон).

Сварка титана аргоном

Методика аналогична предыдущему методу. Два объекта из титана приближаются друг к другу, за счет электрической дуги происходит локальное расплавление металла с последующим соединением.

Главное отличие этого метода заключается в том, что в аргонодуговых сварочных аппаратах подача защитного инертного газа автоматизирована. К горелке отдельных блоком подключается газовый баллон с аргоном. Во время сварки происходит автоматическое распыление защитного газа через сопло. Одновременно с этим происходит генерация электрической дуги с помощью вольфрамового электрода. Этот метод обеспечивает высокую степень защиты от образования оксидов и пузырьков. Оборудование стоит достаточно дешево, сварщику не нужен большой опыт.

Электрошлаковая

Для титановых сплавов с большим содержанием олова или алюминия можно очень часто используется технология электрошлаковой сварки. Эта технология является достаточно сложной, а для ее освоения рекомендуется получить соответствующее образование. Основные особенности электрошлаковой технологии:

  • Для больших деталей с крупными сечениями рекомендуется применять флюсы в среде аргона. Это обеспечит высокое качество защиты деталей.
  • При сварке небольших деталей флюсы можно не использовать. Оптимальные технические параметры работы: сила тока — 1700 ампер, напряжение — 15 вольт, расход аргона — около 7 литров в минуту.
  • Для прессованных профилей электрошлаковую сварку лучше не использовать. Прочность в данном случае будет достаточно низкой в сравнении с альтернативными технологиями.
Читайте также:  Магнитится ли титановый сплав

Контактная

Применение контактной технологии может быть вполне оправдано, если вам нужна сварка титановых труб. Основные особенности:

  • Для сварки контактным методом подходят трубы, у которых диаметр составляет 1-2,5 сантиметра, а толщина стенок — около 1 миллиметра. Такие трубы не нуждаются в защите инертными газами.
  • Оптимальное зарядное напряжение в данном случае — 900 вольт (для труб 10 мм X 1 мм) либо 2000 вольт (для труб 25 мм X 1,5 мм).
  • Перед сваркой необходимо обязательно выполнить травление кромок труб.

Качество

После проведения сварочных работ необходимо выполнить контроль качества. Для этого необходимо выполнить осмотр шва: главные параметры здесь — это цвет и его структура.

Цвет шва

Серебристый цвет с характерным ярким отливом

Очень высокое качество шва. В естественных условиях чистый титан обладает бело-серебристым цветом. Поэтому серебристый цвет шва указывает на то, что во время сварки в состав металла не попали какие-либо посторонние примеси. Такой шов не растрескается со временем, не покроется коррозией, не деформируется под действием высоких нагрузок.

Белый или желтоватый

Высокое или хорошее качество. Желтый цвет шва указывает на то, что во время сварки в металле произошло окисление с образованием простых оксидов на основе титана. Однако таких оксидов в металле образовалось не слишком много. Поэтому качество сварного шва находится на достаточно высоком уровне. То есть такой шов без проблем выдержит средние и высокие физические перегрузки, не растрескается со временем. Выдержит воздействие не агрессивной коррозийной среды.

Рыжий, коричневый, серый, черный, синеватый

Плохое качество шва. Подобный цвет указывает на то, что во время сварки образовалось большое количество оксидов, а также соединений на основе азота и титана. Такой шов является крайне ненадежным. Он растрескается при перегрузках, может покрыться ржавчиной и окалиной. По ГОСТ детали с таким качеством шва не допускаются к эксплуатации. Требуется демонтаж шва, проведение повторной сварки с удалением поврежденного фрагмента, переплавка сварной конструкции.

Структура

В случае проведения качественной сварки шов должен получиться ровным и однородным, без каких-либо уплотнений и без деформированных участков. Если в области шва образовалось большое количество неровностей (небольшие вмятины, уплотнения, бугорки-точки и так далее), то это может указывать на то, что при сварке пузырьки воздуха (кислород, азот, углекислый газ) проникли в толщину сплава. Подобный сценарий является достаточно негативным, поскольку пузырьки воздуха плохо влияют на твердость сварного шва.

Заключение

Титан представляет собой прочный тугоплавкий металл. Детали из титановых сплавов можно соединять друг с другом с помощью сварки. Основные технологии — сварка титана аргоном или полуавтоматом, электрошлаковый метод и другие. Во время сварки рекомендуется проводить обработку сварной поверхности инертным газом, чтобы минимизировать риск появления вредоносных оксидов и пузырьков в металле. Качество можно определить по цвету и структуре сварного шва.

Используемая литература и источники:

  • Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. М.: Машиностроение, 1978.
  • Полькин И. С. Упрочняющая термическая обработка титановых сплавов. M.: Металлургия, 1984.
  • Welding and Manganese: Potential Neurologic Effects. The inhalation of nano particles National Institute for Occupational Safety and Health.

Варим титан и его сплавы

Обладая особенными физико-химическими свойствами, титан сегодня широко используется в промышленности. Он не коррозирует ни в воде, ни в агрессивных средах, температура его плавления 1470-1825С, нагревая его до температуры +500С, можно быть уверенным, что металл не потеряет свои прочностные характеристики. Но технология сварки титана имеет одну особенность – это не только защита зоны сварки, но и защита обратной стороны сварочного шва от воздуха. При этом необходимо защищать все участки около сварочной ванны, которые нагреваются свыше +400С. И еще одно условие – кромки свариваемых заготовок нагревать надо быстро.

И еще несколько особенностей сварки титана:

  • Если он нагревается выше температуры +880С, его структура изменяется. Происходит увеличение зерен, что является причиной образования пор.
  • Входящие в состав титановых сплавов легирующие добавки снижают их пластичность. Уже при температуре выше +250С происходит поглощение водорода, выше +400С начинает поглощаться кислород, а при +600С азот.

В зависимости от марки титанового сплава прочность соединения, а точнее, прочность сварочного шва ниже, чем прочность самого металла. Величина понижения в пределах 20-40%. На данный показатель также влияет и способ сварочной технологии. При этом необходимо отметить, что такие сплавы как ОТ4, ВТ4 и ВТ5 после сваривания не подвергаются термической обработке. Иногда разрешается сделать отжиг, чтобы снять термические напряжения внутри основного металла.

Сварка титана – способы и технологии

Титан и его сплавы можно варить дуговой сваркой в среде защитных газов (аргоном или гелием), использую ручной способ или полуавтоматом. Для этого рекомендуется использовать технологию сварки под флюсом. То есть, здесь требуется двойная защита. При этом если соединяются тонкостенные заготовки, то лучше использовать флюс марки АН-11, при стыковке толстостенных лучше применять флюс марки АН-Т2.

Как уже было сказано выше, одно из условия сварки титана – это зашита сварочного шва с двух сторон. Поэтому сваривание производится с обдувом стыка газом с двух сторон или с установкой с обратной стороны подкладок.

Подготовка титана к сварке

Перед тем как варить сплав или сам титан, необходимо провести подготовку его кромок. Все дело в том, что после предварительной термической подготовки заготовок (их отливают, подрезают, обрабатывают), на поверхности кромок образуется так называемая оксидно-нитридная пленка. Она очень прочная и жаростойкая. Так вот от нее и надо избавиться.

  • Кромки сначала подвергаются механической чистке, можно использовать для этого железную щетку, пройдясь по кромкам ею вручную или болгаркой. Необходимо также очистить от пленки не только кромки, но и участок, прилегающий к стыку на ширину 1,5-2,0 см.
  • Производится травление металла с помощью жидкой смеси, в состав которой входит соляная кислота – 350 мл, вода – 65о мл, фторид натрия – 50 мл. Процесс проводится в течение 5-10 минут при температуре +60С.

Ручная дуговая сварка

Как уже говорилось выше, основная задача получения качественного шва – это создать защитные условия, в которых будет проводиться сам сварочный процесс. При этом необходимо защитить и остывающие участки свариваемых титановых заготовок. Поэтому при сварке титана аргоном и неплавящимся вольфрамовым электродом нужно обязательно использовать специальные приспособления. Это могут быть козырьки, насадки удлиненного типа с отверстиями и прочие.

Чтобы защитить корень сварной ванны, нужно использовать подкладки, изготовленные из меди или стали. Можно устанавливать подкладки с отверстиями, через которые пропускать защитный газ. Если свариваются титановые трубы, то нужно аргон запускать внутрь трубопровода.

Что касается размера зазора между кромками, то если соединяются тонкостенные детали, то зазор между ними должен составлять 0,5-1,5 мм. В этом случае кромки можно и не формировать, а в процессе сваривания присадочную проволоку можно не использовать. Кстати, присадку надо выбирать идентичной по составу материала, как и основной свариваемый металл.

Режимы сварки таковы: если варится титан вольфрамовым электродом с диаметром 1,5-2 мм и присадочной проволокой диаметром 2 мм, а толщина свариваемых заготовок равна 2 мм, то необходимо выдерживать ток величиною 90-100 ампер. Увеличение толщины металла до 4 мм дает право варить титан током в 120-140 ампер. И основное – сварка титана и его сплавов производится переменным током постоянной полярности.

И еще несколько условий:

  • При ручной сварке процесс проводится на короткой дуге, без колебания электрода и присадки. Точное движение вдоль шва.
  • Сваривание производится углом вперед, это когда электрод направлен в противоположную сторону от направления движения.
  • Если в процессе сварки титана используется присадочный материал, то угол между ним и электродом должен быть равен 90°
  • Подавать присадку в сварочную ванну надо беспрерывно.
  • После гашения дуги нужно обязательно продолжать подавать защитный газ в зону сварки, тем самым обеспечивая процесс охлаждения. Важно понизить температуру металла ниже 400С. Обычно на охлаждение уходит не больше одной минуты времени.

Последующее охлаждение металла гарантирует качество сварного шва. Кстати, качество можно определить по цвету. Если он светлый, соломенный или желтый, то все нормально. Если он серый, синеватый или черный, то произошло окисление, что снизило качество.

Сварка полуавтоматом или автоматом производится по той же технологии, что и ручная. Единственное, на что необходимо обратить внимание, это отверстия в сопле горелки. Их диаметр согласно ГОСТ должен быть в пределах 12-15 мм. При этом зажигать и гасить горелку лучше на специальных подкладках или планках.

Электрошлаковая сварка

Легированные титановые сплавы обычно сваривают электрошлаковой сваркой. К примеру, сплав марки ВТ5-1, в состав которой входит олово – 3% и алюминий – 5%, изготавливается методом прессования и прокаткой в тонкие листы. Толстостенные детали не прокатывают, а куют.

Самыми сложными при сварке – это толстостенные заготовки. Поэтому их варят в среде защитного газа аргона с использованием флюса марки АН-Т2. При этом используется переменный ток, который в зону сварки подается трехфазным трансформатором. У этого оборудования должна быть жесткая характеристика.

Чтобы сварить такие заготовки нужно установить ток 1600-1800 ампер с напряжением 14-16 вольт. При этом зазор между ними должен быть 26 мм, расход аргона устанавливается в пределах 8 литров в минуту, а вес засыпаемого флюса 130 г. Но очень важно понимать, что качество сварки при таком режиме будет обеспечивать диаметр электрода. Если данный параметр равен 12 мм, то качество гарантируется. Если он равен 8 мм, то прочностные характеристики снижаются до 80%. Также не рекомендуется использовать в процессе сварки электроды из легированных сплавов. Они снижают пластичность металла в сварочном шве.

Контактная сварка

Титановые детали можно варить и контактным способом. ГОСТ это делать позволяет, потому что оптимальная скорость сваривания титана равна 2-2,5 мм/ сек. Увеличивать данный показатель не рекомендуется, потому что будет снижаться прочность металла, заполняющего зазор. И этот показатель очень важен, когда для соединения используется контактная сварка. Потому что данная технология производится очень быстро. При этом не стоит зачищать свариваемые кромки, а тем более фрезеровать их.

Так как существует несколько вариантов контактной сварки, то все они могут быть использованы для сваривания титановых заготовок. Контактная сварка может быть точечной, линейной и конденсаторной. Необходимо понимать, что у каждой технологии будет выбираться свой режим, зависящий от толщины свариваемых заготовок, от давления электродов, от их диаметра или от ширины и длины сварочной пластины, от времени сжатия, от продолжительности прохождения тока через металл. То есть, процесс этот не самый сложный, но требующий знания подбора все вышеперечисленных параметров технологического процесса.

Описание и параметры контактной сварки титана есть в ГОСТах. Так что разобраться в ней будет несложно. Обязательно посмотрите видео, в котором показано, как можно варить титан аргонной сваркой.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector