Сварка титану і титанових сплавів
Особливості зварювання титану та сплавів на його основі
Сварка титану і титанових сплавів все частіше застосовується в промисловості через їх фізико-хімічних властивостей. Температура плавлення титану становить, за різними даними, 1470-1825 ° C. Титан здатний зберігати високу міцність до температури 500 ° C, а також високу корозійну стійкість в багатьох агресивних середовищах.
Основна умова для якісного зварювання титану - це необхідність надійного захисту зони зварювання і зворотного боку шва від шкідливого впливу атмосферного повітря. При цьому, захищати потрібно не тільки зварювальну ванну, але і ті ділянки металу, температура нагріву яких перевищує 400 ° C. Крім цього, необхідно забезпечити мінімальний за часом нагрів зварювальних кромок.
Додатковими труднощами при зварюванні титану є його схильність до збільшення розміру зерна при високих температурах (вище 880 ° C) і до утворення пір.
Титанові сплави схильні до загартування, в залежності від легуючого елемента. Такі елементи як Cr, Fe, Mn, W, Mo, V, що входять до складу сплаву, знижують його пластичність. Так, при температурі 250 ° C починається інтенсивне поглинання водню, при 400 ° C кисню і при 600 ° C азоту.
Міцність зварного з'єднання титану і титанових сплавів, в залежності від марки сплаву і способу зварювання плавленням становить 0,6-0,8 міцності основного металу. Зварні з'єднання з титанових сплавів марок ВТ5, ОТ4, ВТ4 і др. З наступною термічною обробці не піддають. В окремих випадках допускається виконувати отжиг для зняття напружень.
Які способи використовують для зварювання титану та його сплавів?
Титан і його сплави зварюються плавленням тільки дугового (ручний або автоматичною) зварюванням. Найбільшого поширення набула зварювання в середовищі аргону або гелію під некіслородним флюсом марки АН-11. Для виробів великої товщини застосовують електрошлакового зварювання під флюсом марки АН-Т2. Крім того, титан добре зварюється контактним зварюванням в середовищі захисних газів або без неї. При зварюванні плавленням необхідно забезпечувати газовий захист зворотного боку шва в середовищі аргону. У зв'язку з цим, рекомендується застосовувати зварювання на підкладках або проводити зварювання встик.
Підготовка титану і його сплавів під зварювання
Якість титанового зварного з'єднання багато в чому буде залежати від технологічної підготовки зварних кромок і зварного дроту під зварювання. У деталей з титану і титанових сплавів поверхня покрита оксидно-нітрідная плівками, що з'являються після гарячої обробки напівфабрикатів, з яких ці деталі виготовлені.
Видалити цю плівку можна за допомогою механічної обробки і наступного за нею травлення в суміші 350мл соляної кислоти, 50г фториду натрію і 650мл води. Час травлення становить 5-10хв, температура травлення 60 ° C. Перед зварюванням необхідно зачистити металевими щітками самі зварні кромки, а також ділянки, на відстані 15-20мм від стику до металевого блиску і знежирити.
Ручна дугова зварка титану та титанових сплавів
Технологія, техніка і режими зварювання
Ручне дугове зварювання титану вольфрамовим електродом виконують постійним струмом прямої полярності. При зварюванні використовують спеціальні пристосування, за допомогою яких забезпечується захист зони зварювання, околошовной зони, кореня шва, а також остигаючих ділянок шва. Такими пристосуваннями можуть бути, зокрема, подовжені насадки з отворами, захисні козирки та ін.
Захист кореня шва можна забезпечити, якщо щільно піджати зварні кромки до мідної або сталевої підкладці. Можна, також, використовувати підкладку з отворами, або виготовлену з пористого матеріалу і подавати через неї захисний газ. При зварюванні труб з титану захисний газ пропускають всередину труби.
Якщо товщина зварюваного металу не перевищує 3,0 мм, то при їх складанні допускається зазор від 0,5 мм до 1,5 мм. В цьому випадку зварювання виробляють без використання присадочного матеріалу. Якщо використовують присадний матеріал, за складом схожий зі зварюваних металом, то діаметр електрода береться рівним товщині основного металу.
Приблизні режими для ручного дугового зварювання титану та його сплавів вольфрамовим електродом діаметром 1,5-2 мм і присадочной дротом діаметром 2 мм складають: сила струму 90-100А для зварювання металу, товщиною 2 мм і 120-140А для металу товщиною 3-4мм. Зварювання виробляють постійним струмом прямої полярності, як уже говорилося вище.
Автоматичне зварювання титану та його сплавів
Автоматичне зварювання титану та титанових сплавів виконується вольфрамовим електродом. Вихідні отвори зварювального пальника повинні бути не менше 12-15мм. При зварюванні неплавким електродом рекомендуються постійний струм прямої полярності.
Режими автоматичної аргонодугового зварювання титану
Товщина металу, мм
Електрошлакове зварювання титанових сплавів
На практиці широке поширення набула електрошлакове зварювання титанових сплавів, зокрема, сплаву ВТ5-1, до складу якого входить титан, легований до 5% алюмінієм і до 3% оловом. Виготовляється сплав, переважно, пресуванням з подальшим плющенням до тонких листів, а також ковкою заготовок великих перетинів.
Технологія зварювання деталей великих перетинів зі сплаву ВТ5-1 найбільш складна, але цілком здійсненна електрошлакового зварюванням під флюсом АН-Т2 в середовищі аргону. Джерело змінного струму - трифазний трансформатор, повинен володіти жорсткої характеристикою.
Такі режими, за умови використання пластинчастого електрода розміром 12х60мм, забезпечує стабільний процес і задовільну якість зварного з'єднання, який не поступається за міцністю основного металу.
При зварюванні пресованих профілів великого перерізу на таких же режимах електродом товщиною 8 мм міцність зварного з'єднання виявляється трохи нижче (приблизно, 80-85% від міцності основного металу) через застосування пластинчастих електродів з нелегованого сплаву ВТ1-1. А застосовувати леговані електродні сплави не рекомендується, тому що вони не забезпечують достатньої пластичності з'єднання, тому що пресований метал сильно насичений газами.
За досвідченим даними, вперше перевіреним на практиці Забурдіним М.К. Захаренко В.Ф. та ін. оптимальна швидкість оплавлення, при зварюванні великих заготовок, становить 2-2,5 мм / сек. Більш висока швидкість оплавлення призводить до зниження міцності, навіть при захисті аргоном.
Перед зварюванням торці найкраще фрезерувати або зачищати наждачним папером. Через схильність титану до перегріву, величина опади вибирається на 15-20% більше, ніж для зварювання вуглецевих сталей.
Режими стикового зварювання титану
Орієнтовні режими стикового зварювання титану при початковій швидкості оплавлення 0,5 мм / сек представлені в таблиці нижче:
Площа свариваемого перетину, мм