Сварка титана полуавтоматом

Полуавтоматическая сварка титана и его сплавов – Осварке.Нет

Механизированная дуговая сварка плавящимся электродом (MIG) титана и его сплавов выполняется стандартным оборудованием с дополнительной комплектацией устройствами для газовой защиты зоны сварки.

Марка металла	Свариваемость	Технологические особенности сварки
ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1	Хорошая	Тщательная зачистка кромок деталей.Выбор режимов с минимальной погонной энергией. Электродная проволока ВТ1-00св, ВТ2, ВТ2В, ВТ20-1св, ВТ20-2св
ОТ4, ВТ5, ВТ5-1	Удовлетворительная
ВТ6, ВТ3-1, ВТ9, ВТ14, ВТ16, ВТ20	Ограниченная	Сварка на мягких режимах с высокой скоростью охлаждения. Электродная проволока ВТ15, СПТ-2, СП-15
ВТ22	Сварка с последующей термообработкой. Электродная проволока ВТ6св, ВТ20-1св, ВТ20-2св, СПТ-2
ПТ-7М, ПТ-3В, ПТ-1M	Хорошая	Режимы с высокой скоростью охлаждения. Электродная проволока ВТ1-00св, СПТ-2, СП-15

Трудности полуавтоматической сварке титана

[context]

• Титан и его сплавы обладают высокой химической активностью, что обусловливает необходимость предохранения от окисления даже участков околошовной зоны при нагревании до 250-300 градусов.
• Поскольку в околошовной зоне часто наращивается зерно, необходимо выбирать подходящий токовый режим.
• Газовые примеси (в первую очередь, водорода), растворенные в основном и присадочных металлах, вызывают образование пор и холодных трещин.
• Из-за низкой вязкости расплавленного металл велик риск образования прожогов.

Подготовка к полуавтоматической сварке

Раскрой на заготовки и подготовка кромок чаще всего проводятся механическими способами. Если изделия являются толстостенными, можно провести разделительную резку и подготовку кромок газотермическими методами, но затем надо обязательно обработать кромки механически на глубину как минимум 3-5 мм.

Для зачистки кромок на ширину 15-20 мм используются металлические щетки, шаберы и прочие приспособления. Обязательным является последующее обезжиривание кромок.

Если перед сваркой проводилась вальцовка, ковка, штамповка или другие виды термообработки, необходимо очистить поверхности гидропескоструйным или дробеструйным аппаратом (подробнее см.

Очистка поверхности металла перед сваркой).

После этого они подвергаются химической обработке:

• рыхлению оксидной пленки;
• травлению;
• осветлению.

Режимы химической обработки титана и его сплавов

Раствор	Длительность обработки, мин
Назначение	Состав (на 1 литр воды)
Рыхление оксидной пленки	Нитрит натрия 150-200г; Углекислый натрий 500-700 г	120
Травление	Плавиковая кислота 220-300 мл; Азотная кислота 480-550 ил	60-1200
Осветление	Азотная кислота 600-750 мл; Плавиковая кислота 85-100 мл	3-10

После того, как свариваемая поверхность химически обработана, свариваемые кромки на 20 мм промываются бензином и протираются ацетиленом или этиловым спиртом.

Сварочная пленка на предварительном этапе подвергается вакуумному отжигу, а затем – обезжириванию
Сварка проводится в специальных приспособлениях, либо на прихватках, выполненных ручной аргонодуговой сваркой W-электродом.

Когда свариваемые поверхности уже готовы к работе, к ним нельзя прикасаться незащищенными руками.

Выбор режимов полуавтоматической сварки титана

При полуавтоматической сварке титана используется постоянный ток обратной полярности. При выборе режимов учитывается толщина металла, склонность сплава к росту зерна и подверженность термическому циклу. Чтобы максимально уменьшить рост зерна, стоит выбирать режимы с повышенными скоростями и незначительной погонной энергией.

Поскольку титан имеет высокое электрическое сопротивление, сварка проводится с небольшими вылетами электрода. Однако при работе с использованием невысоких токовых режимов есть риск непровара корня шва. Чтобы избежать этого, корень стоит выполнить ручной аргонодуговой сваркой W-электродом, а остальную разделку – сваркой плавящимся электродом.

Основное положение – нижнее.

Если используется сварка с глубоким проплавлением на повышенных токовых режимах, необходимо использовать гелиево-аргоновую газовую смесь (80% + 20%).

Для увеличения пластичности, прочности и устойчивости к образованию трещин сварочные швы требуют дополнительной термической обработки, выбрав режим в зависимости от состава сплава.

Техника полуавтоматической сварки титана

При механизированной сварке титана плавящимся электродом в инертных газах особые сложности связаны с обеспечением надежной защиты зоны нагрева. Поэтому, если применяется этот метод сварки, работа проводится в специальных камерах, где контролируется атмосфера.

Сварка в монтажных условиях проводится импульсно-дуговым способом, что обеспечивает более высокую производительность, чем альтернативный вариант – ручная сварка неплавящимся электродом при одновременном снижении погонной энергии в 2-2,5 раза.

В некоторых случаях используется вакуумная сварка титана и его сплавов, главным преимуществом которой является чистота металла шва, в котором не образуются примеси из неметаллических элементов и газов.
Режим сварки и ее техники необходимо выбрать так, чтобы обеспечить устойчивое горение дуги с минимумом разбрызгиваний.

Для этого необходим струйный перенос электродного металла. Важно выбрать оптимальное соотношение сварочного тока, скорости подачи электродной проволоки, дугового напряжения и вылета электрода.

Газовая защита

[context]Одним из важнейших условий получения качественного соединения при сварке титановых сплавов является обеспечение надежной газовой защиты: сварного шва; участков основного металла, которые нагреты до 250-300 градусов.

Можно выбрать один из трех вариантов газовой защиты:

• струйная – с задействованием специальных приспособлений;
• местная – в герметичных камерах малого объема;
• общая – в камерах с контролируемой атмосферой (УБС-1, ВКС-1, ВУАС-1).

Рис.

1 Защитная камера для сварки титана

Дополнительные защитные устройства изготавливаются из нержавеющей стали. Необходимо, чтобы были предусмотрены газовые линзы и рассекатели.

К газовой горелке прикрепляется специальная насадка для защиты кристаллизующейся сварочной ванны. Ее ширина должна быть 40-50 мм, а длина – 60-120 мм в зависимости от режима сварки.

При сварке кольцевых поворотных и неповоротных стыков, а также трубчатых конструкций используются местные или малогабаритные камеры.

Рис. 2. Вспомогательное оборудование для защиты зоны сварки

Качество защиты можно определить по внешнему виду металла шва. Если его поверхность является серебристой или светло-желтой, защиту можно считать достаточной. Сварной шов желто-голубого цвета свидетельствует о нарушениях защиты, хотя в некоторых случаях такие швы вполне допустимы. О некачественном шве свидетельствует синевато-серый и темно-синий цвет.

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.

ВАЖНО ЗНАТЬ:  Технология лазерной сварки металлов

:

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

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

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

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

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

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

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

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

:

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

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

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

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

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

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

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

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

ВАЖНО ЗНАТЬ:  Как правильно применять холодную сварку для алюминия?

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

Холодный и плазменный метод

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

:

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

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

ВАЖНО ЗНАТЬ:  Использование буры для пайки латунью

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

Возможные дефекты

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

По ГОСТ дефекты бывают следующих видов:

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

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

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

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

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

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

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

:

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

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

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

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

Для устранения место дефекта заваривается тонким швом электродом небольшого диаметра.

Сварка титана и его сплавов

Титан – высокопрочный материал, сохраняющий устойчивость к коррозии в том числе в агрессивных средах. Прочность чистого титана находится в пределах от 267 до 337 МПа.

Сплавы, особенно с алюминием, ванадием, хромом, оловом и другими отличаются более высоким коэффициентом прочности – до 1400 МПа.

Но при этом сплавы достаточно пластичны, благодаря чему они востребованы в судостроении, машиностроении, химической отрасли, авиа- и приборостроении, в ракетной промышленности, у которых сварка титана является неотъемлемой частью производства.

статьи

СВАРКА ТИТАНА – ВОЗНИКАЮЩИЕ СЛОЖНОСТИ И ПУТИ ИХ ПРЕОДОЛЕНИЯ

Элемент обладает высокой химической активностью, что является основной причиной сложностей, возникающих при сварке титана и его сплавов. При нагревании и находясь в расплавленном состоянии металл активно реагирует с такими элементами, как азот, водород, кислород.

Взаимодействие с кислородом, которое начинается уже при комнатной температуре, приводит к образованию на поверхности титана альфинированного слоя – прочной корки, которая защищает поверхность от ее дальнейшего окисления.

А реакция нагретого металла с кислородом приводит к образованию окислов, которые также очень прочные и непластичные. Причем в зависимости от степени окисления такая оксидная пленка имеет различный оттенок цвета – от желто-золотистого и до темно-фиолетового, постепенно переходящего в белый.

По расцветке можно определить качество защиты околошовной зоны при сварке титановой трубы.

Взаимодействие с азотом (реакция наступает при нагреве материала до 500 градусов) также приводит к снижению качественных характеристик изделий – повышается прочность, но при этом снижается пластичность.

Поэтому перед тем, как сваривать титановые заготовки, поверхность металла нужно очистить от альфинированного слоя и азота, чтобы их частички не попадали в область сварного шва, поскольку из-за этого могут образоваться холодные трещины.

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

Чтобы избежать насыщения титана газами, его необходимо защитить. На практике применяются специальные прокладки, изготовленные из металла или флюса, а также газовые подушки.

Для защиты применяются местные камеры-насадки, закрывающие непосредственно как зону сварки, так и свариваемый узел. Максимальной защиты можно добиться, поместив в насадки сетчато-пористый материал. Он обеспечит ламинарный поток инертного газа.

Также необходимо защитить обратную сторону шва при помощи подкладок или специальных насадок.

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

СПОСОБЫ СВАРКИ ТИТАНА И СПЛАВОВ

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

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

ДУГОВОЙ МЕТОД СВАРКИ

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

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

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

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

Чтобы повысить эффективность сварки титановой трубы плавящимся электродом в присутствии инертных газов, проволоку перед началом работы подогревают проходящим током, а также используют импульсно-дуговую сварку.

Тем самым, при сварке титана полуавтоматом сокращение погонной энергии вдвое ведет к увеличению ее производительности также вдвое.

А чтобы меньше расходовать дорогостоящие материалы, сварку осуществляют в щелевую разделку.

ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ МЕТОД

Электрошлаковая сварка подразумевает использование электродов для сварки пластинчатого типа, изготовленных из того же материала, что и свариваемый металл. Толщина титановых электродов должна составлять 8 – 12 мм, а ширина зазора должна равняться толщине заготовки.

Защиту от перегрева обеспечивает аргон. В результате прочность сварного шва оказывается высокой, поскольку полученные соединения обладают характеристиками, схожими с исходным материалом.

Подобный метод, когда используются титановые электроды, эффективен при работе с деталями толщиной от 40 мм.

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СПОСОБ

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

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

СВАРКА ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ СО СТАЛЬНЫМИ ЗАГОТОВКАМИ – ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА

Сварка титана со сталью помогает снизить вес конечных материалов. Это находит свое применение при проектировании сооружений различных типов.

Однако из-за существенных различий в свойствах материалов сложно добиться высокопрочных соединений, отличающихся долговечностью. Разработки в этом направлении ведутся и сейчас.

Наибольшие сложности возникают при необходимости сваривания титана с нержавейкой.

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

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

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

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

Правила сварки титановых сплавов

Титан — редкоземельный металл серебристого цвета, с характерным отливом. Используется как основа для создания различных сплавов с высокими прочностными характеристиками.

В чистом виде из-за низкой температуры плавления (640 °C) применяется очень редко, поэтому в обиходе под титановыми изделиями подразумевают обычно изделия из его сплавов. Особенность физических свойств потребует специфического подхода при сварке титана.

Титановые сплавы

Сплавы титана имеют температуру плавления от 1470 до 1825 °C, в зависимости от марки.

Они обладают выгодным сочетанием легкости (благодаря малой плотности) и высокой прочности, поэтому часто применяются для изготовления таких конструкций, как велосипедные рамы и детали скоростных автомобилей.

Сварка титановых сплавов — сложный технологический процесс, поскольку эти материалы имеют ряд специфических свойств.

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

Свойства материала

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

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

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

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

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

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

Как подготавливают детали

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

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

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

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

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

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

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

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

Какие методы применяют

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

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

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

Возможны следующие виды контактной сварки:

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

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

Ручной процесс

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

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

Электроды

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

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

Проволока

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

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

Особенности технологии

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

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

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

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

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

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

Контроль качества

Получившийся шов должен иметь ровный серебристый цвет и не иметь никаких трещин и пор. Если шов получился желтоватым — качество сварки среднее, но удовлетворительное.

Любые другие цвета — серый, коричневый, ярко-золотистый, даже голубой и фиолетовый с переливами — говорят о том, что технология сварки была нарушена, и материал шва содержит ненужные примеси, образовавшиеся при контакте раскаленного титана с атмосферным воздухом. Такое соединение непрочно и может разрушиться при малейшем усилии.

Технология сварки титана аргоном в домашних условиях

Титан обладает набором уникальных свойств, благодаря чему используется как в промышленном производстве, так и в медицинских целях. Из него изготавливают легкие детали летательных аппаратов, протезы, не отторгаемые организмом человека. Однако, сварка титана – процесс не из легких. Для упрощения его используются особые приспособления и технологии.

Специфические свойства металла

Титан обладает такими особенностями:

• самовозгорается в среде кислорода;
• обладает низкой теплопроводностью;
• активно вступает в реакции при нагревании до 400°С;
• поглощает водород, азотируется;
• быстро окисляется.

Сплавы

Соединения на основе титана плавятся при температуре 1468-1830°С. Элементы отличаются повышенной коррозионной и жаростойкостью. Сплавы легко поддаются закалке при введении снижающих пластичность добавок – ванадия, хрома, марганца.

При нагревании до 400°С металл активно вступает в реакции с азотом и кислородом, находящимися в воздухе. При нагревании до 800°С зернистость и пористость металла возрастает. Потому сваривание деталей из титана должна осуществляться при исключении воздействия окисляющих газов.

Подготовка образцов (кромок)

Перед тем как сварить титан и его сплавы удаляется окисленная пленка – элементы обезжириваются и зачищаются.

Поверхности вдоль кромок обрабатываются на протяжении 10 минут раствором из соляной кислоты (35%), воды (65%) с добавлением 50 г натрия фторида. Смесь нагревается до 70°С.

Затем кромки шлифуются наждачкой или щетками – удаляются трещины и заусенцы.

Ручной дуговой

Ручная сварка изделий из титана аргоном используется преимущественно в небольшом производстве или при особо сложных работах при невозможности применения автомата.

При сварке электрод ведется прямо, с наклоном в переднюю сторону по направлению шва. Если необходимо применение присадочной проволоки, то она должна поступать постоянно, стержень при этом ставится перпендикулярно к свариваемым элементам.

Автоматический

Выполняется на постоянном токе с помощью вольфрамовых электродов при прямой полярности. Горелка подбирается с диаметром сопла 12-15 мм.

Дуга возбуждается и гасится не на элементах, а на начальных планках, так как в ином случае возможно проплавление соединяемых изделий.

Электрошлаковый

Способ используется редко, в основном для нержавеющих деталей с добавлением к титану олова или алюминия. Подразумевается применение пластинчатых электродов размером 12х60 мм. С их помощью получается высокопрочный шов. Ток сварки достигает 1,5 кА.

Сварка прессованных изделий выполняется круглыми стержнями сечением 8 мм.

Контактный

Для такого метода титановые электроды требуются только для подвода дуги к рабочей области. Розжиг ее выполняется между соединяемыми зонами изделий, сближающихся при давлении сварочных стержней.

Способ используется для сопряжения тонких листовых изделий.

Под флюсом

Шовная линия покрывается флюсовым порошком. Защищающие газы выделяются в процессе плавления порошка под электродугой, закрывая околошовную область и сварную ванну.

Способ позволяет сваривать элементы толщиной до 5 мм при соединении в угол, при сопряжении внахлест – толщиной до 3 мм. Сварка выполняется очень быстро – со скорость до 50 м/ч.

Холодный

Холодная сварка используется в твердой фазе на обычном воздухе под высоким давлением. Сопряжение осуществляется внахлест. Изделия зажимаются специальными зажимами, после удаления которых происходит деформация титана. Таким образом детали соединяются.

Шовный роликовый

Применяются стержни в форме роликов, катящихся вдоль будущего шва и сжимающие соединяемые элементы. На линию подается мощные токовые импульсы. Проплавленные зоны перекрывают друг друга на 15%, образуя герметичный рубец.

Режимы конденсаторной стыковой сварки титановых труб

Конденсаторный способ сварки титановых труб подразумевает периодическую подачу мощных импульсов, а не постоянную. Защитные газы при этом не требуются. Соединяются трубы сечением до 23 мм с толщиной стенки не выше 1,5 мм.

Горелка

Горелка применятся со специальными приспособлениями, уберегающими титан от азотирования и окисления. По ГОСТ область соединения должна защищаться от воздействия атмосферного воздуха.

Сварка титана и его сплавов со стальными заготовками – особенности процесса

Сваривание стали с титаном позволяет снизить массу получаемых изделий. Но высокопрочных соединений добиться с помощью полуавтомата невозможно. Проблемы также могут возникнуть и при сопряжении титана с нержавейкой полуавтоматической сваркой.

Применяются следующие методы:

• сваривание взрывом;
• диффузионный способ;
• клинопрессовое сваривание труб;
• ультразвуковой;
• контактный.