Сварка титану і його сплавів, технологія зварювання аргоном, особливості зварювання титанових труб полуавтоматом, електронно-променеве зварювання

Титан – високоміцний матеріал, який зберігає стійкість до корозії в тому числі в агресивних середовищах. Міцність чистого титану знаходиться в межах від 267 до 337 МПа. Сплави, особливо з алюмінієм, ванадієм, хромом, оловом і іншими відрізняються більш високим коефіцієнтом міцності – до 1400 МПа. Але при цьому сплави досить пластичні, завдяки чому вони затребувані в суднобудуванні, машинобудуванні, хімічній галузі, авіа- і приладобудуванні, в ракетній промисловості, у яких зварювання титану є невід’ємною частиною виробництва.

Сварка титану – виникають складності та шляхи їх подолання

Елемент має високу хімічну активність, що є основною причиною складнощів, що виникають при зварюванні титану і його сплавів. При нагріванні і перебуваючи в розплавленому стані метал активно реагує з такими елементами, як азот, водень, кисень. Взаємодія з киснем, яке починається вже при кімнатній температурі, призводить до утворення на поверхні титану альфінірованного шару – міцної кірки, яка захищає поверхню від її подальшого окислення. А реакція нагрітого металу з киснем призводить до утворення оксидів, які також дуже міцні і непластичні. Причому в залежності від ступеня окислення така оксидна плівка має різний відтінок кольору – від жовто-золотистого і до темно-фіолетового, що поступово переходить в білий. За забарвленням можна визначити якість захисту околошовной зони при зварюванні титанової труби.

Взаємодія з азотом (реакція настає при нагріванні матеріалу до 500 градусів) також призводить до зниження якісних характеристик виробів – підвищується міцність, але при цьому знижується пластичність. Тому перед тим, як зварювати титанові заготовки, поверхня металу потрібно очистити від альфінірованного шару і азоту, щоб їх частинки не попадали в область зварного шва, оскільки через це можуть утворитися холодні тріщини.

Також негативно впливає на якість титану і водень. Уже при 200-400 градусах вони вступають в реакцію, в результаті чого метал запалюється. Навіть при зниженні температури збереглися в виробі гідриди стають причиною розтріскування титанової труби, освіти пір і холодних тріщин. Причому вони можуть утворитися навіть через тривалий проміжок часу після зварювання.

Щоб уникнути насичення титану газами, його необхідно захистити. На практиці застосовуються спеціальні прокладки, виготовлені з металу або флюсу, а також газові подушки. Для захисту застосовуються місцеві камери-насадки, що закривають безпосередньо як зону зварювання, так і зварюваний вузол. Максимального захисту можна домогтися, помістивши в насадки сетчато-пористий матеріал. Він забезпечить ламінарний потік інертного газу. Також необхідно захистити зворотну сторону шва за допомогою підкладок або спеціальних насадок.

При роботі на повітрі, щоб розширити зону захисту, подача інертного газу проводиться з сопел, обладнаних насадками довжиною до 50 см, додатково подається газ через спеціальні підкладки, встановлені на звороті зварного шва. Крім того, весь зварюваний вузол можна помістити всередину герметичної камери.

Способи зварювання титану та сплавів

Для зварювання титану використовується кілька основних методів. Це дугова, контактна, електрошлакове, електронно-променеве зварювання. Вони відрізняються матеріалом виготовлення використовуваних електродів, структурою сполук, що утворюються і товщиною виробів, які зварюються між собою.

При будь-якому із способів зварювання титану використовуються присадки з схожого за складом матеріалу – зокрема, дріт ВТ1-00. Підготовка кромок титанової заготовки здійснюється механічним способом, а їх поверхня і поверхня дроту і прилеглого металу зачищається травленням або також механічно.

Дугового метод зварювання

При дугового зварювання титанових сплавів використовуються вольфрамові електроди двох типів: не плавляться ітрировані і лантановані. А якщо виконується зварювання титану полуавтоматом або автоматичним апаратом, застосовуються плавляться електроди.

Найпопулярніший тип – зварювання аргоном титану автоматичними установками на повітрі. У цьому випадку застосовується будь-який плавиться електрод (чавунний, алюмінієвий, мідний), на зварювальну пальник встановлюється насадка, яка захищає ділянки металу, нагріті до 250-300 градусів, від повітря.

Сварка аргоном титану, якщо товщина виробів не більше 1,5 мм, проводиться встик, і без подачі присадного дроту. Більш товсті деталі зварюють з подачею прутка. Попередньо з дроту, з кромок заготовки і прилеглого металу потрібно видалити альфінірованний шар.

Якщо проводиться зварювання титану полуавтоматом вручну, її необхідно виконувати на короткій дузі, підтримуючи між електродом і присадкою прямий кут. По завершенні зварювання титану полуавтоматом не можна припиняти подачу аргону до зниження температури метал нижче 400 градусів.

Щоб підвищити ефективність зварювання титанової труби плавиться в присутності інертних газів, дріт перед початком роботи підігрівають проходять струмом, а також використовують імпульсно-дугове зварювання. Тим самим, при зварюванні титану полуавтоматом скорочення погонной енергії вдвічі веде до збільшення її продуктивності також удвічі. А щоб менше витрачати дорогі матеріали, зварювання здійснюють в щілинну оброблення.

електрошлаковий метод

Електрошлакове зварювання має на увазі використання електродів для зварювання пластинчастого типу, виготовлених з того ж матеріалу, що і зварюваний метал. Товщина титанових електродів повинна становити 8 – 12 мм, а ширина зазору повинна дорівнювати товщині заготовки. Захист від перегріву забезпечує аргон. В результаті міцність зварного шва виявляється високою, оскільки отримані сполуки мають характеристики, схожими з вихідним матеріалом. Подібний метод, коли використовуються титанові електроди, ефективний при роботі з деталями товщиною від 40 мм.

Електронно-променевої спосіб

Променева зварювання відрізняється тим, що зварений шов в результаті має дрібнозернистою структурою. Також такий варіант зварювання титанової труби дозволяє забезпечити надійний захист металевих поверхонь від газів. Даний спосіб використовується при зварюванні титанових труб, товщина яких не перевищує 160 мм.

Щоб виключити утворення пір і розривів в з’єднанні, зварювання титану з заготовками з інших металів здійснюється при горизонтальному розташуванні променя.

Сварка титану і його сплавів зі сталевими заготовками – особливості процесу

Сварка титану зі сталлю допомагає знизити вагу кінцевих матеріалів. Це знаходить своє застосування при проектуванні споруд різних типів. Однак через істотних відмінностей у властивостях матеріалів складно домогтися високоміцних з’єднань, що відрізняються довговічністю. Розробки в цьому напрямку ведуться і зараз. Найбільші труднощі виникають при необхідності зварювання титану з нержавейкой.

В даний час використовуються такі методи зварювання зі сталлю, як:

  • Зварювання вибухом. В цьому випадку використовуються проміжні прокладки з таких металів, як мідь (Cu), нікель (Ni), срібло (Ag) або сплави тугоплавких металів.
  • Дифузійний метод зварювання. Таким способом проводиться в тому числі з’єднання титану з нержавейкой. В результаті з’єднання виходять дуже міцними, за винятком зони шва, де їх міцність буде нижче, ніж у вихідних заготовок.
  • Клінопрессовая зварювання титанової труби. Таким способом вдається отримати достатньо якісне з’єднання.
  • Контактний і ультразвукової способи зварювання.

З усіх способів, які використовуються при зварюванні заготовок, найбільш затребуваною є технологія зварювання титану методом плавлення – аргонодуговая.

Таким чином, існує ряд методів з’єднання титанових виробів, в тому числі широко використовується зварювання титану полуавтоматом. Знаючи особливості зварювання титану та його сплавів, можна домогтися потрібного результату.

Ссылка на основную публикацию