Пайка титана в домашних условиях

Пайка титана в домашних условиях — Справочник металлиста

Титан — один из самых интересных и сложных для обработки металлов. Его уникальные свойства нашли широкое применение в разных отраслях промышленности. Механическая обработка титана, в сравнении с обычной сталью, более чем в пять раз сложнее, поэтому для создания из него изделий применяют специальные приемы и оборудование.

Основные проблемы, возникающие при обработке титана, и средства их решения

Основной проблемой, возникающей при обработке титана, является его склонность к задиранию и налипанию на инструмент. Также одним из усложняющих факторов является его низкая теплопроводность. Большинство металлов сопротивляются плавлению в гораздо меньшей степени, поэтому при контакте с титаном растворяются в нем, образуя сплавы. Это приводит к быстрому износу применяемого инструмента.

Чтобы уменьшить задирание и налипание, а также для отвода выделяемого тепла, применяют следующие способы:

при резке, а также иной обработке титана используют охлаждающие жидкости;
заточку изделий выполняют с применением инструментов, изготовленных из твердых сплавов металлов;
обработку металла резцами выполняют при гораздо меньших скоростях, чтобы избежать излишнего нагрева.

Эффекты налипания и задирания титана обусловлены его высоким коэффициентом трения, который относят к серьёзным недостаткам этого металла.

В своем большинстве изделия из титана быстро поддаются износу, поэтому чистый состав этого металла редко используются для изготовления изделий, которые применяются в условиях трения и скольжения.

При трении титан налипает на трущуюся поверхность, вызывая связывающий эффект и уменьшая скорость движения сообщающихся деталей. Способами, которые устраняют этот негативный эффект, выступают азотирование и оксидирование титана.

Азотирование титана — технологический процесс, который заключается в нагреве изделия из титанового сплава до температуры 8500С — 9500С и его выдержке в течение нескольких суток в среде чистого газообразного азота.

В результате происходящих химических реакций на поверхностях изделия образуется пленка из нитрида титана, имеющая золотистый оттенок и обладающая большей твердостью, а также большим сопротивлением к стиранию.

Изделия, прошедшие такую обработку, обладают повышенной износостойкостью и не уступают по своим характеристикам изделиям, изготовленным из поверхностно упрочнённых специальных сталей.

Оксидирование титана — распространенный метод, заключающийся в нагреве титанового изделия до 8500С и его резком охлаждении в водной среде, что вызывает образование на поверхности обрабатываемой детали плотной пленки, которая хорошо связывается с основным слоем материала. При этом сопротивление стиранию и общая прочность изделия возрастает в 15-100 раз.

Некоторые особенности резки и сверления титана

Нарезка заготовок является очень сложным технологическим процессом, сопровождающимся использованием специальных инструментов и оборудования. Листы разрезаются гильотинными ножницами, а заготовки из сортового проката — распиливаются механической пилой. Небольшие по диаметру пруты нарезают с помощью токарных станков.

Фрезерование титана остается наиболее сложным способом его обработки. Он налипает на зубьях инструмента (фрезы), что значительно затрудняет работу с заготовкой. Поэтому для такого способа применяют инструменты, изготовленные из твердого сплава металлов, а процесс обработки сопровождают использованием охлаждающих смазок и жидкостей, которые обладают большой вязкостью.

При выполнении операций сверления важно, чтобы стружка, образующаяся в результате сверления, не накапливалась в отводных каналах, в противном случае это может привести к преждевременному износу и поломке инструмента. При сверлении применяют фрезы, изготовленные из быстрорежущей стали.

Особенности соединения титановых изделий и их элементов

Если титановое изделие выступает элементом конструкции, то соединить детали, изготовленные из титановых сплавов, позволяет применение таких методов:

сварка;
пайка
механическое соединение с использованием заклепок
соединение с применением болтового крепления.

Основным методом соединения выступает сварка, представляющая обычную промышленную технологию. Чтобы обеспечить прочность сварного шва соединение элементов выполняют в среде инертного газа или специальных бескислородных флюсов.

Также для этого оберегают шов с применением различных защитных элементов.

Взаимодействие расплавленного титана с такими химическими элементами как водород, кислород и азот, содержащимися в воздушной смеси, при нагреве приводит к росту зерна металла, изменению его микроструктуры и хрупкости сварного шва. Сварочные работы выполняют на большой скорости.

Также существует метод сварки в контролируемой среде, который применяется для выполнения работ, требующих большой ответственности. При необходимости соединить небольшие по своим размерам элементы, их помещают в специальные камеры, заполненные инертным газом.

В случае соединения элементов большего размера сварочные работы выполняют в специальных герметично изолированных помещениях.

Сварка титана — ответственная работа, которая доверяется исключительно подготовленным специалистам, имеющим необходимый практический опыт и навыки.

Пайка титана применяется в случаях, когда проведение сварочных работ невозможно или нецелесообразно. Она также осложнена химическими реакциями.

Титан в расплавленном состоянии демонстрирует высокую химическую активность и прочно связан с пленкой окиси, формируемой на поверхностях обрабатываемой детали.

Большинство распространенных металлов непригодны в качестве припоя для соединения титановых элементов, для этих целей используются только чистые по своему составу алюминий и серебро.

Механическое соединение элементов из титана с помощью клепок и болтовых креплений также выполняется с применением специальных материалов.

В большинстве случаев заклепки изготавливают из алюминия, а применяемые болты покрываются напылением серебра или синтетического тефлона.

Это вызвано тем, что при завинчивании титан проявляет свое свойство налипания и задирается, в результате соединения элементов становятся ненадежными, не обеспечивают прочной фиксации.

Перейти к списку статей >>

Пайка титана: что нужно знать об этой процедуре?

Если пайка титана нецелесообразна или по какой-либо причине невозможна, можно обратить внимание на соединения данного материала твердыми и мягкими припоями (тинолями). Несмотря на то, что температура плавления твердых тинолей выше 430 ° С, она ниже температуры, при которой плавятся соединяемые материалы.

Относительно мягких тинолей, то они плавятся при температурах ниже 430° С. Мягкие припои применяются, по большей части, для соединения материалов малых толщин (например, проволоки).

Рассматривая обычные материалы, применяемые в качестве тинолей при соединении стали, нужно обратить внимание на чистое серебро, а также алюминий, показывающие отличные результаты при соединении алюминия. Высокопрочные алюминиевые сплавы не могут обеспечить такой результат, поскольку соединения выходят хрупкие.

Олово и цинк в недостаточной степени смачивают металл. Вместо обыкновенных флюсов, которые не способны защитить метал от окисления, появилась необходимость создания специальных флюсов, обеспечивающих образование защитной металлической пленки на поверхности металла (электрохимическим путем).

Пайка титана в домашних условиях

Перевёл alexlevchenko92 для mozgochiny.ru

Анодирование титана является чрезвычайно интересным и полезный занятием, которое очень легко выполнить своимируками в домашних условиях.

Анодирование используется в промышленности для повышения (коррозионной) стойкости металлов.

Кроме того оно также используется в качестве декоративного украшения ювелирных изделий (благодаря широкому спектру получаемых цветов).

Шаг 1: Электролиз

Первый метод анодирования титана построен на принципах электролиза. Кусок титана будет выступать в качестве положительного анода, который следует погрузить в ванну с электролитом. (обычно используется бура или серная кислота).

Шаг 2: Материалы и инструменты

Алюминиевая фольга;
Достаточно большой пластиковый контейнер (чтобы вместить в себя кусок анодируемого металла);
От 1 до 8 9В батарей;
1,5 м изолированного провода;
Тетраборат натрия (Бура);
Горячая вода;
Ложка;
Резиновые перчатки;
Ацетон или спирт;
Пластиковый стаканчик.

Инструменты (по желанию):

Клещи;
Устройство для зачистки проводов.

Шаг 3: Подготавливаем электролит

Возьмём буру и горячую воду,, смешаем всё в чашке. Размешиваем раствор пока вся бура не растворится.

Возьмём алюминиевую фольгу и полностью покроем ею пластиковый контейнер. Лишнюю фольгу завернём на верхнем краю контейнера.

Шаг 4: Электропитание

Снимем около сантиметра изоляции с двух концов провода (длиной 60 см). После этого сделаем небольшое отверстие в одном из углов алюминиевой фольги. Протянем в отверстие один из концов провода и скрутим всё вместе.

Зальём заготовленный электролит в контейнер.

Возьмём нужное количество 9 В батарей и подключим их, как показано на рисунке. Затем подключим провод, который крепится к фольге к отрицательной клемме аккумуляторной батареи. Возьмём другой провод и подключим к плюсу батареи (этот провод будет крепиться к куску титана).

Шаг 5:

Разное напряжение будет создавать различные цвета на поверхности титана. Обратите внимание, что вы всегда сможете изменить цвет, увеличив напряжение, но не сможете вернуться к цветам, которые получаются на более низком напряжении.

На изображении показан процесс анодирования в серной кислоте, но результаты очень похожи с анодированием бурой. Если вы не уверены в величине напряжении, необходимо произвести серию экспериментов с постепенным увеличением величины напряжения.

Шаг 6: Очистка титана

Наденем резиновые перчатки, чтобы предотвратить появление отпечатков пальцев на поверхности титана после очистки. Затем протрём поверхность спиртом.

Шаг 7:

Возьмём кусок титана и закрепим на нём положительный электрод. Погрузим его в раствор. При этом стоит убедиться, что провод не касается жидкости и титан не дотрагивается до фольги. Это может привести к короткому замыканию (в случае контакта).

После того, как будет достигнут желаемый цвет, извлечём титан и высушим его. Вы увидите, что изменение цвета происходит под действием ваших отпечатков пальцев.

Это совершенно нормально (оригинальный цвет может быть восстановлен с помощью ацетона или спирта).

Шаг 8: Тепловой метод

В этом методе используется сильный нагрев, который будет «загущать» оксидный слой на поверхности титана. Настоятельно рекомендую использовать паяльную лампу (хотя можно воспользоваться газовой плитой).

Шаг 9: Материалы/инструменты

Источник тепла;
Щипцы или плоскогубцы (перед использованием убедитесь, что ручки имеют надежную теплоизоляцию);
Спирт или ацетон;
Чашка с очень холодной водой.

Шаг 10:

Очистим поверхность титана.

Шаг 11:

Возьмём щипцами/плоскогубцами очищенный титан. После чего включим плиту/паяльную лампу и поднесём кусок титана близко к пламени. Вы заметите, что цвет поменялся на желтый примерно после 30 секунд. Нагревая титан более длительный период времени, вы сможете добиться красного, синего и немного зеленого цвета.

Шаг 12:

После достижения желаемого цвет выключим источник тепла и погрузим металл в холодную воду.

Шаг 13: Поиск и устранение неисправностей

Анодирование титана может не происходить по следующим причинам:

Провод, который закреплен на куске титана погружен в электролит.
Провод, который закреплен на металле не подключен к положительному полюсу батареи.
Батареи разряжены.

Спасибо за внимание!

Технология и особенности сварки титана

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.

Технология сварки титана — описание и пошаговая инструкция с видео

Данный металл не относится к категории редких. В земной коре его значительно больше, чем, к примеру, свинца, цинка или меди. В титане удачно сочетаются небольшая плотность и прочность сплавов на его основе, а если учесть стойкость перед коррозией даже в агрессивной среде, то интерес к нему во многих отраслях промышленности вполне понятен.

Высокая цена на Ti (22-й элемент таблицы Менделеева) объясняется тем, что его обработка – процесс довольно сложный и затратный. Эта статья познакомит читателя с технологиями сварки титана.

Общая информация

Не зная свойств и особенностей металла и его сплавов, понять все нюансы сварки достаточно сложно.

Плотность титана (г/см³) – 4,51.
Прочность (МПа): металла – в пределах 267 – 337, сплавов – до 1 230.
Температура плавления (ºС): 1668.

Специфические свойства металла

Способность титана к самовозгоранию в кислородной среде.
Низкая теплопроводность.
Превышение значения температуры более 400 ºС инициирует активность металла.
Титан интенсивно поглощает водород и бурно реагирует на контакт с азотом.
Под воздействием углекислого газа, паров воды быстро окисляется.

Технология пайки титана в домашних условиях

Пайка титана в домашних условиях

Титан по физико-механическим характеристикам выступает в качестве наиболее важного современного конструкционного материала. Его довольно широко используют в промышленности и быту, поэтому в некоторых случаях производится его пайка.

Его вес практически в 2 раза меньше, если производить сравнение с углеродистыми сталями и рядом цветных сплавов. Показатель его плотности эквивалентен 4,5 г/см3.

Титан — очень прочный (минимальный показатель σв равен 300 МПа), пластичный (δ эквивалентен пределу от 25 до 50 %) металл; показатель его коррозионной устойчивости в некоторых агрессивных средах превышает данную характеристику, свойственную коррозионно-стойким сталям.

Особенности пайки титана

На поверхности титана есть альфированный налет, который предполагает наличие атмосферных газов.

Перед процессом пайки упомянутый слой следует устранять, применяя для этого пескоструйную обработку, заменить которую можно методом травления в смеси с определенным составом: 20-30 мл H2NO3, 30-40 мл НСl и 1 л воды. Период травления должен быть ограничен 5-10 мин.

тогда как температурный показатель должен быть равен 20° С. После подобной обработки на поверхности материала все же будет присутствовать оксидный налет незначительной толщины, он станет препятствовать смачиванию основания припоем.

По этой причине в домашних условиях мастера пытаются паять материал с использованием специальных флюсов, состав которых походит на тот, что имеют флюсы, предназначенные для работы с алюминием. Однако стоит быть готовым к тому, что сопряжения, получаемые посредством подобных флюсов, не обладают значительной прочностью и качеством.

Как правило, титан и его сплавы претерпевают пайку в условиях вакуума или аргона, последний должен быть освобожден от частиц кислорода, водных паров и азота.

Исключительно в идеальных условиях оксидный и нитридный налеты на поверхности материала нейтрализуются в металле, что верно, если температурный режим во время работ превышает показатель в 700° С.

Это обуславливает работу с титаном при температурном режиме в пределах от 800 до 900° С, что гарантирует скорую очистку основания материала и интенсивное смачивание его припоями.

Пайку титановых сплавов при значительных температурах осуществляют не столь часто, что особенно касается печной плавки.

Это объясняется тем, что при длительном нагреве, когда температура превышает 900° С, проявляется склонность к увеличению зерна и ухудшению пластических характеристик.

Так как уровень прочности главного металла при этом почти не изменяется, в некоторых случаях сопряжение титановых сплавов методом пайки осуществляется и при отметке в 1000° С.

Водород, присутствующий в титане и понижающий его пластичность, устраняется в процессе пайки или во время нагрева при отметке в 900° С. Поэтому работа с титаном должна производиться в пространстве, лишенном воздуха, это предпочтительнее по сравнению с работами в условиях нейтральной атмосферы.

Титан хоть и предполагает обеспечение сложных условий, но все же поддается плавке, тогда как чугун относится к трудносвариваемым металлам.

Увеличение температуры при сварке и последующее охлаждение способствуют изменениям структуры характеристик чугуна в областях расплавления и шва, что указывает на то, что получить соединения, лишенные дефектов, с требуемым уровнем свойств, очень сложно.

Особенности пайки:

необходимость использования специальных флюсов;
необходимость вакуума;
рекомендуется использовать в качестве основы припоя серебро.

Пайка титана в домашних условиях — Металлы, оборудование, инструкции

Пайка титана в домашних условиях

Основные способы сварки титана

Не все распространенные технологии применимы к этому металлу и его сплавам. причина – химическая активность титана. Попадание в рабочую зону инородных соединений (нитридов, оксидов, карбидов) резко снижают качество шва.

Используемые для сварки титана методики

Дуговым флюсом.
Холодная.
Электронным лучом (плазменно-дуговая).
В среде аргона. Наиболее популярный вариант, хотя есть и некоторые другие.

Особенности сварки титана

Высокая скорость технологической операции. Это связано с тем, что длительное термическое воздействие на отдельном участке приводит к изменению структуры материала из-за увеличения размера зерен.
Как следствие – металл становится ломким (хрупким).
Полная изоляция от атмосферы. Причем не только рабочей зоны (сварочной ванны), но и тех участков, которые разогреваются до +625 (и более) ºС.

Сварка титана (сплавов) аргоном

Преимущества:

Высокое качество сварного соединения.
Работа на малых токах. Следовательно, можно сваривать детали небольшой толщины (тонкостенные), так как вероятность прожога практически исключена.
Возможность наращивания объема детали на дефектных участках (например, в местах образования раковин).
Получение шва с любыми параметрами, что позволяет обрабатывать (соединять) как крупногабаритные образцы, так и сравнительно мелкие.

Подготовка свариваемых образцов (кромок)

Механическая обработка и обезжиривание, при необходимости – травление кислотой. Задача – полное удаление пленки оксидов примерно на 20 мм от подлежащих соединению кромок. Специфика в том, что вся работа должна проводиться в защитных перчатках (рукавицах). Касание деталей руками недопустимо из-за возможного загрязнения сплава.

Если механической очистки недостаточно, то прибегают к газокислородной (с помощью горелки).

Что можно использовать:

Наждачная бумага.
Шаберы.
Щетки металлические с проволокой из «нержавейки» сечением 0,25 (±5) мм или иные подходящие приспособления (абразивные материалы).
Раствор фтора, кислота соляная (подогретые до 60 – 65 ºС).

Критерии оценки качества подготовки

Отсутствие на образце заусениц, трещин, вкраплений и так далее.
Ровный серебристый оттенок титанового сплава.

Проволока

Она выбирается в соответствии с группой сплава, подлежащего сварке (см. выше). На бирке (или упаковке) обязательно есть необходимая информация, так как вся продукция маркируется.

Перед применением проволока зачищается (если необходимо, шкуркой не выше № 12) и обезжиривается. Ее можно готовить и заранее, но в этом случае она герметизируется (например, заворачивается в п/э) и помещается в плотно закрывающийся пенал (тубу). Но хранение в таких условиях – не более 5 суток.

Горелка

Для сварки титана любая не подходит. Используются модели с соплом из керамики и специальной (газовой) линзой.

Условия

Электрод – вольфрамовый.
Ток – постоянный, прямой полярности.
Подача проволоки – непрерывная.

Сварку титана вручную возможна, если получается организовать местную защиту рабочей зоны. Вспоминаем – металл довольно быстро окисляется.

Предохранение от этого лицевой стороны обеспечивается газовой струей (аргон + гелий).

А как быть с тыльной? Наиболее распространенный вариант – накладки из меди или стали, которые плотно прижимаются к месту стыка свариваемых кромок. Но это применимо, если обрабатываются детали простой конфигурации.

Сложные в этом плане образцы, когда шов довольно часто меняет направление, свариваются в специальных камерах, в режиме полу- или полностью автоматическом. В таком закрытом объеме можно контролировать и поддерживать на необходимом уровне газовую среду. Предварительно рабочие камеры вакууммируются, после чего заполняются аргоном. Мастер ведет сварку в специальном скафандре.

Перед началом операции проверяется качество очистки кромок. Достаточно провести по участкам будущей рабочей зоны салфеткой или тряпочкой белого цвета, чтобы понять, необходима ли еще одна, дополнительная, «финишная» подготовка металла.

Сварка ведется встык, присадка используется лишь для образцов с толщиной стенок более 1,5 мм. Сечение плавящейся проволоки, которая при этом применяется – от 1,2 до 1,8 мм. Защитная среда несколько иная – аргона меньше (порядка 20%), а гелия больше (соответственно, около 80%). Хотя эти данные – приблизительные. Этим обеспечивается снижение пористости и получение более широкого шва.

Результат работы визуально оценить несложно. Серебристый оттенок – шов хороший, желтоватый или с синевой – качество не на высоте.

Остается добавить, что при сварке титана, равно как и других металлов и сплавов, должны неукоснительно выполняться все требования по ТБ.

Автор надеется, что эта статья окажется полезной для читателя. Успехов в сварочном деле!

Пайка алюминия в домашних условиях: методики и принципы, флюсы и припои

Алюминий является материалом с хорошей прочностью, высокой тепло- и электропроводностью.

Эти положительные качества способствуют широкому применению металла в промышленности и быту.

Достаточно часто возникает необходимость соединить алюминиевые детали или заделать образовавшееся отверстие в алюминиевой ёмкости. Но не каждый знает, как спаять алюминий в домашних условиях.

Пайка алюминия

Одним из наиболее известных способов соединения металлов, особенно в электротехнических работах, является пайка.

Она обеспечивает меньшее сопротивление соединений, и, как следствие, их меньший нагрев под воздействием электрического тока.

Поскольку алюминий наряду с медью — основной проводящий материал в электрических сетях и устройствах, необходимость в его пайке возникает достаточно часто.

Сложность в том, что «крылатый металл» на воздухе мгновенно покрывается плёнкой окисла, к которой расплавленный припой не пристаёт. Необходимо с помощью механической зачистки удалить слой окисла, но он практически мгновенно образуется снова.

Для того чтобы избежать повторного образования оксидной плёнки, разработаны множество методик. Среди них:

Зачистка небольших деталей под слоем жидкого флюса.
Применение флюсов совместно с абразивными материалами.
Использование медного купороса для создания медной плёнки на алюминиевом изделии.
Применение специальных флюсов и припоев.

Зачистка под слоем флюса

Небольшие алюминиевые детали, например, проводники, можно зачищать, опустив часть детали в жидкий флюс, которым может служить обычный раствор канифоли или паяльная кислота. Жидкий флюс предохранит зачищаемый участок от контакта с кислородом и образования плёнки. Тем же защитным эффектом обладает и обычное трансформаторное масло.