Сварка титановых сплавов


Сварка титановых сплавов

Сварка тонкостенных труб – процесс, довольно востребованный как при прокладке различных трубопроводов, так и в домашних условиях при монтаже коммуникаций. Сварка труб вообще требует определенных навыков и умений, а сварка тонкостенных труб, кроме того, имеет и ряд дополнительных нюансов, возникающих вследствие сложностей сварки тонкого металла. 

Сваривание металлоизделий может осуществлять разными способами. Для этих целей могут применяться сварочная дуга, газовая или плазменная сварка. Существуют также способы позволяющие соединять детали за счет пластической деформации. О том, какие способы сварки сегодня используются, и какие из них наиболее популярны расскажем дальше. 

Надежность любого трубопровода практически на 100% зависит от качества соединения отдельных труб. Именно поэтому наиболее часто при строительстве трубопровода используется сварное соединение. А наиболее распространенным методом сварки, который применяется более чем в 50% случаях, является ручная дуговая сварка. 

stalevarim.ru

Сварка титана и его сплавов - Сварка различных материалов

Высокая химическая активность в сочетании с низкой теплопроводностью, высоким электросопротивлением и температурой плавления, склонность к росту зерна в околошовной зоне определяют особенности сварки титана и его сплавов. Большая химическая активность титана при высоких температурах по отношению к азоту, кислороду и водороду затрудняет его сварку. Необходимым условием для получения качественного соединения при сварке титана плавлением является полная двухсторонняя защита от взаимодействия с воздухом не только расплавленного металла, но и нагретого выше 600°С основного металла и шва. При нагреве до высоких температур титан склонен к росту зерна. Для устранения этого сварку следует выполнять при минимально возможной погонной энергии. Вследствие загрязнения металла сварного шва газами понижается его пластичность, что приводит к образованию холодных трещин. Загрязнение металла шва водородом можно предупредить, применяя электродную или присадочную проволоку, предварительно подвергнутую вакуумному отжигу. Содержание водорода в такой проволоке не превышает 0,004 0,006%. Большое влияние на качество сварного соединения оказывает состояние поверхности кромок и присадочного металла. Для удаления окиснонитридной пленки, образующейся после термообработки, ковки, штамповки, используют опеокоструивание и последующее травление в смеси солей с кислотами или щелочами.

Технологичность сварных конструкций из титана и его сплавов определяется простотой струйной защиты сварного соединения от воздействия газов атмосферы с внешней и обратной стороны шва, свободным подведением сварочной горелки к месту сварки. Параметры режима выбирают в зависимости от марки свариваемого сплава, размеров, формы и конструктивных особенностей изделий. Дуговая сварка может выполняться на большой и малой скоростях. Однако большая скорость предпочтительнее, так как в этом случае металл сварного соединения меньшее время находится под действием высоких температур, т. е. обеспечивается мелкозернистость структуры металла, минимальная зона термического влияния, уменьшаются деформация свариваемых изделий, расход защитных газов и электроэнергии. С повышением напряжения на дуге увеличивается ширина шва, уменьшается проллавление металла и ухудшается струйная защита сварного соединения. Исходя из этого, выбирают напряжение минимальной величины, поэтому металл толщиной до 3 мм сваривают обычной дугой, а толщиной свыше 3 мм — погруженной дугой, чем достигается полное проплавление корня шва. Для сварки изделий толщиной до 2 мм рекомендуется применять импульсный режим тока. Этот способ сварки позволяет снизить число пор и деформацию свариваемых изделий вследствие уменьшения нагрева металла во время пауз.

Ручная электродуговая сварка титана вольфрамовым электродом производится в аргоне, гелии или их смеси. Широкое распространение получила сварка в аргоне. Это объясняется рядом преимуществ аргоновой защиты. При сварке в аргоне напряжение на дуге в 1,5—2 раза ниже, чем при сварке в гелии. При одном и том же токе в процессе сварки, в аргоне выделяется тепла меньше по сравнению со сваркой в гелии. Поэтому при сварке в аргоне легче управлять процессом. Аргон обеспечивает лучшую защиту зоны сварки, так как он в 10 раз тяжелее гелия и на 25%’ тяжелее воздуха. При этом расход аргона сокращается на 30—35%! по сравнению с гелием. Кроме того, стоимость аргона меньше, чем гелия.

Вольфрамовые электроды без присадочного металла применяются при сварке встык без зазора между кромками. Ослабления шва не наблюдается вследствие термического расширения титана и сжатия свариваемых кромок. Сварка с присадочным металлом используется при наличии зазоров и разделки кромок и если необходимо получить усиление шва. Стыковые соединения толщиной 0,5—1 мм сваривают без присадочного металла. Свариваемые кромки разделывают при толщине металла более 3 мм.

Сварка вольфрамовым электродом производится на постоянном токе прямой полярности. В результате уноса с катода электронами значительной части энергии он охлаждается, что способствует концентрации тепла в месте сварки. Для устойчивого горения душ в среде инертных газов при постоянном напряжении источника тока в цепь включается балластный реостат. На рис. 61 представлена схема поста для ручной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом.

Рис. 61. Схема поста для ручной аргонодуговой сварки титана и его сплавов 1 — сварочный преобразователь (выпрямитель); 2 — балластный реостат; 3 — шунт; 4 — контактор; 5 —горелка; 6 — свариваемое изделие; 7 — поддувка; 8 — ресивер; 9 — баллон с аргоном; 10 — электрогазовый клапан; 11 — редуктор; 12 — ротаметр

Сварка и прихватка изделий из титана и его сплавов должна выполняться в приспособлениях, обеспечивающих: высокое качество работ, свободный доступ к месту сварки, надежную защиту места сварки и остывающих участков шва и околошовной зоны, надежную защиту обратной стороны сварного соединения от воздействия газов окружающей среды, охлаждение сварного соединения в процессе сварки. При сварке трубопроводов и трубных узлов рекомендуется применять насадки (рис. 62) и поддувки (рис. 63) для защиты наружной стороны стыка трубопровода. Насадка используется для стыков трубопроводов диаметром 200—300 мм. Для защиты обратной стороны сварного соединения применяют специальные камеры. Если невозможно использовать приспособления для поддува (сварка монтажных стыков и т. п.), то защитным газом заполняют всю систему трубопровода или отдельные его участки.

Рис. 62. Защита наружной стороны шва насадкой при сварке трубопроводов 1 — свариваемая труба; 2 — присадочная проволока; 3— горелка; 4 — козырек; 5 — сетка

Рис. 63. Защита наружной стороны шва под-дувкой при сварке трубопроводов 1 — пружина; 2 — трубка; 3 — цепочка; 4 — сварной шов

Рис. 64. Схема защиты наружной стороны шва при ручной аргоно-дуговой сварке листовых конструкций а —продольный разрез защитного колпака; б — насадка к горелке с отражательной шайбой; 1 — титановая стружка; 2 — насадка к горелке; 3— вольфрамовый электрод; 4 ~ распылитель защитного газа; 5 —отражатель газа; 6 — сопло горелки дуваемого в систему или ее участок, должен быть в 5‘раз больше, чем объем заполняемого пространства.

При изготовлении листовых конструкций для защиты наружной стороны сварного соединения применяют колпаки или насадки (рис. 64), для защиты обратной сторо-ны — специальные поддувки (рис. 65), которые в процессе сварки передвигает вспомогательный рабочий. Угловые соединения сваривают с использованием приспособлений, обеспечивающих двухстороннюю защиту (рис. 66), а защиту при сварке тавровых соединений осуществляют по схеме, показанной на рис. 67.

Рис. 65. Схема защиты обратной стороны шва при ручной аргонодуго-вой сварке листовых конструкций 1 — присадочная проволока; 2— сопло горелки; 3 — изделие; 4 — приспособление для защиты обратной стороны

Рис. 66. Приспособление для защиты при сварке угловых швов 1 — сварной шов; 2 — козырек для защиты наружной стороны шва; 3 — свариваемое изделие; 4 — козырек для защиты обратной стороны шва

Изделия из титана и его сплавов необходимо сваривать на сборочно-сварочных участках в закрытых помещениях, а в условиях монтажа — в специальных тепляках или камерах с контролируемой атмосферой. На участке или в тепляке температура должна быть не ниже + 15 С. Рабочее место следует хорошо освещать с тем,

Чтобы можно было определять цвета побежалости на поверхности свариваемых изделий. На сборочно-сварочном участке не допускаются сквозняки, местные отсосы воздуха, скорость которых превышает 0,5 м/мин. Работу вентиляционных устройств и пневматических ручных машин нужно наладить таким образом, чтобы не нарушалась газовая защита при сварке.

Рис. 67. Приспособление для защиты при сварке тавровых соединений

До начала сварки, а также после замены баллона с защитным газом необходимо провести продув системы газом в течение 1—2 мин при объемном расходе газа 200-Ю-6—267-Ю-6 м3/с. Сварку рекомендуется начинать и заканчивать на технологических планках и по возможности выполнять без перерывов. В случае перерыва в процессе сварки, а также при окончании сварки кольцевых швов, начало и конец шва следует перекрывать на 30—60 мм. Перекрываемые участки зачищаются стальной щеткой до металлического блеска.

Ручная сварка вольфрамовым электродом выполняется «углом вперед», присадочный материал подается непрерывно под углом 10—20° к изделию. Поперечные колебания электрода не допускаются. Присадочный материал должен подаваться без возвратных движений. Вылет вольфрамового электрода из сопла горелки не должен превышать 5—7 мм. При сварке труднодоступных участков шва вылет электрода может быть увеличен при условии сохранения хорошей защиты шва. При хорошей защите металла сварной шов имеет серебристый оттенок (металлический блеск). Ухудшение защиты сопровождается появлением на поверхности шва цветов побежалости. Допускаются такие условия сварки, при которых поверхность шва имеет окраску не темнее светло-соломенного цвета, однако в этом случае указанные участки должны быть зачищены до металлического блеска. При многослойной сварке нужно тщательно зачищать каждый валик от окисной пленки, характеризующейся появлением цветов побежалости. Сварку продольных швов следует начинать и заканчивать на технологических выводных планках из того же металла, что и свариваемые изделия. После окончания сварки инертный газ подается до полного остывания нагретых участков. Техника сварки импульсной и непрерывной дугой одинакова.

Сочетание в сварных конструкциях сплавов с различными свойствами позволяет значительно снизить массу и стоимость изделий, применять менее легированные сплавы, упрощать технологический процесс изготовления конструкций. В настоящее время изготавливаются сварные конструкции из разнородных сплавов титана ВТ14 и ОТ4 без присадочного и с присадочным металлом марок ОТ4 и ВТ1. Более пластичный шов получается при использовании сварочной проволоки из сплава ВТ1 без термообработки и с последующей закалкой и старением после сварки. Применяется также сварка титана с алюминиевыми и медными сплавами, а также со сталями. Такое сочетание металлов позволяет при минимальной массе обеспечить работу сварных конструкций при высоких температурах и в агрессивных средах. Сварку титана с алюминиевыми и медными сплавами, со сталью рекомендуется проводить с использованием промежуточных металлов. В качестве промежуточных сплавов при сварке со сталью применяется ниобий или тантал со стороны титана и бронзы — со стороны стали. Сварка становится возможной ввиду близости свойств титана, ниобия и тантала, с одной стороны, и свойств бронзы к этим металлам и стали — с другой.

—-

Из-за высокой химической активности титана и его сплавов для них нельзя применять аргонодуговую сварку с односторонней защитой сварного соединения, если незащищенные участки сварного соединения и обратная сторона шва нагреты выше 500—600 °С. Непременным условием получения качественного соединения при сварке плавлением является не только хорошая защита сварочной ванны, но и полная двусторонняя защита участков сварного соединения, нагретых выше 500 °С, от взаимодействия с воздухом. При сварке трубопроводов и их узлов для защиты наружной стороны стыка (рис. 43) рекомендуется использовать специальные насадки и поддувки. Для защиты шва с внутренней стороны применяют приспособления типа камер (рис. 44). Приспособления должны иметь кривизну, соответствующую конфигурации трубопровода. Газ скапливается в небольшом объеме в месте сварки, надежно защищая обратную сторону шва от воздуха. В этом случае не требуется заполнять газом всю полость трубы, что при большом объеме работ значительно экономит аргон. При небольшом объеме работ изготовлять такие приспособления экономически невыгодно, поэтому пользуются заглушками, устанавливаемыми с обеих сторон трубы. Газ, выходя в одну из заглушек, вытесняет воздух через клапан в другой. При сварке трубопровода на монтаже заглушки устанавливают последовательно пока не продуют весь трубопровод. В крайнем случае продувают определенную нить трубопровода или целиком весь трубопровод. Объем газа для продувки участка трубопровода, ограниченного заглушками, должен быть в 5 раз больше, чем объем полости. Время продувки для различных объемов определяют экспериментально. Например, для трубопровода диаметром 300 мм с толщиной стенки 8 мм при расходе газа 10, 12, 20 л/мин оно равно соответственно 7,5; 4,5 и 3,5 мин. При сварке толстостенных трубопроводов целесообразно после заварки корневого шва обратную сторону шва защищать водой, наполняя ею трубопровод. При этом сварку необходимо вести на повышенных режимах и следить за тем, чтобы в зоне сварки не было воздушных «мешков».

Рис. 43. Приспособление для защиты наружной стороны шва при сварке трубопроводов 1 — свариваемый трубопровод; 2 — присадочная проволока; 3 — горелка; 4 — козырек; 5 — сетка

При изготовлении листовых конструкций для защиты наружной стороны сварного соединения применяют специальные насадки и колпаки, а обратной стороны — специальные поддувки, которые в процессе сварки передвигает вспомогательный рабочий.

Изделия из титана и его сплавов необходимо сваривать на сборочно-сварочных участках в закрытых помещениях, а в условиях монтажа — в специальных тепляках. Помещения участков должны быть теплыми, сухими и чистыми с температурой не ниже 15 °С. Облицовка пола и стен должна обеспечивать легкое удаление пыли. Помещение должно хорошо освещаться, а каждое рабочее место иметь местное освещение, обеспечивающее возможность определения цветов побежалости на поверхности сварных соединений. Недопустимы сквозняки и местные потоки воздуха, скорость которых превышает 0,5 м/мин. Работу вентиляционных устройств и пневматических ручных машин следует организовать так, чтобы при сварке не нарушалась газовая защита. На сборочно-сварочном участке не допускается выполнять работы, связанные с выделением газа, дыма и пыли (газовая сварка, электродуговая сварка других металлов, зачистка наждачным инструментом и т. п.). Основной объем работ по зачистке конструкций и кромок должен быть сосредоточен на заготовительном участке. Не допускается также проводить работы, связанные с сильными шумами (работа пневматическими ручными машинами, правка и клепка). Все работы по сборке и сварке должны выполняться в условиях, исключающих попадание в зону сварки жировых веществ, влаги. Рабочие должны быть одеты в чистую спецодежду и пользоваться рукавицами светлого цвета, на которых хорошо видно всякое загрязнение.

Рис. 44. Приспособления для защиты обратной стороны шва а, б — при приварке фланца к патрубку с наружной стороны; в — то же, с внутренней стороны; г — при сварке прямых участков трубопроводов и тройников; д — то же, секционных отводов

Перед сборкой поверхность детали у кромок, в местах наложения швов, в околошовной зоне следует обработать наждачным кругом (шабером, напильником) на ширину не менее 20 — 25 мм от границ разделки кромок. На кромках не допускаются трещины, надрывы, забоины, заусенцы и другие дефекты. Непосредственно перед сборкой детали необходимо очистить от загрязнений металлической щеткой и обезжирить стандартными растворителями. Прихватка деталей, не зачищенных и не обезжиренных по кромкам, запрещается. Нельзя прикасаться голыми руками к обезжиренным участкам деталей. После сборки проверяют чистоту обработки кромок, отсутствие на свариваемых поверхностях загрязнений, смещение кромок, величину зазора, качество прихваток.

Для резки титана рекомендуется применять кислородную, воздушно-дуговую и плазменную резку. Кислородную резку следует вести при усиленной вытяжной вентиляции. Торцы деталей после резки обрабатывают механическим способом до полного удаления следов резки. Для этого после кислородной резки снимают минимум 2 мм металла, после воздушно-дуговой резки — 1,5 мм и после плазменной—1 мм. Присадочную проволоку или прутки перед сваркой следует очистить от окислов мелкозернистой наждачной бумагой, а затем протереть салфеткой, смоченной в растворителе. Протирку выполняют до тех пор, пока на салфетке не будут оставаться следы загрязнений.

До начала сварки и после замены баллона с защитным газом необходимо продуть систему газом в течение 1—2 мин при расходе газа 12—16 л/мин. Сварку рекомендуется начинать и заканчивать на технологических планках и по возможности проводить без перерыва. В случае перерыва, а также по окончании сварки кольцевых швов начало и конец шва следует перекрыть на 30 — 60 мм. Перекрываемые участки зачищают стальной щеткой до металлического блеска. Детали, подлежащие сварке, после их закрепления в приспособлении прихватывают, шаг прихваток 15 — 25 мм для металла толщиной до 1 мм, 50—100 мм — для толщин 1—3 мм и 200-300 мм — для толщин более 3 мм. Ручную сварку неплавящимся электродом выполняют «углом вперед» как с присадочным металлом, так и без него. Присадку подают непрерывно под углом 10—20° к изделию без возвратных движений. При сварке титана исключается поперечное колебание электрода. Вылет не-плавящегося электрода из насадки горелки не должен превышать 5—7 мм. При сварке труднодоступных участков шва вылет электрода может быть увеличен при условии сохранения хорошей защиты шва. При сварке многослойных швов нужно тщательно очищать каждый валик от окисной пленки, характеризующейся появлением цветов побежалости. После окончания сварки инертный газ подают до полного остывания нагретых участков. При хорошей защите сварной шов имеет серебристый оттенок (металлический блеск). Ухудшение защиты сопровождается появлением цветов побежалости на поверхности шва. Допускаются такие условия сварки, при которых поверхность шва имеет окраску не темнее светло-соломенного цвета, однако после сварки эти участки должны быть зачищены до металлического блеска.

Аргонодуговую сварку обычной дугой ведут на постоянном токе прямой полярности от стандартных источников питания. Металл толщиной до 4 мм сваривают за один проход. При большей толщине применяют многопроходную сварку. Увеличить производительность сварки и глубину проплавления позволяет погружение дуги ниже поверхности свариваемых кромок. Этим способом можно сваривать метал толщиной до 10 мм без разделки кромок и присадочного металла. Для сварки тонколистного металла толщиной менее 2,5 мм рекомендуется импульсная сварка без присадочной проволоки. Разработана плазменная сварка титана толщиной 0,5 — 12,5 мм и многослойная сварка металла толщиной более 12 мм. По сравнению с обычной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом плазменная сварка обеспечивает более высокую производительность и меньшую деформацию свариваемых изделий. Однако в этом случае к качеству сборки предъявляются более жесткие требования.

Для снижения погонной энергии, уменьшения зоны термического влияния, пористости швов и улучшения защиты металла от взаимодействия с воздухом при аргонодуговой сварке применяют фтористые флюсы.

Читать далее:

Горячая сварка чугунаХолодная сварка чугунаСварка свинцаСварка никеля и его сплавовСварка меди и ее сплавовСварка высоколегированных сталей различных группОбщие вопросы ручной дуговой сварки покрытыми и вольфрамовыми электродамиОбщие вопросы сварки высоколегированных сталейCварка среднелегированных сталейCварка низколегированных сталей

stroy-server.ru

Cварка титана и его сплавов — особенности и технологии

Титан представляет собой лёгкий металл серебристо-белого цвета, который отличается высокой прочностью и отличной пластичности, жаропрочностью на уровне 600-700 ˚С, а также высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред и коррозионным процессам.

Основными сферами применения титановых сплавов стали:

  • Машиностроение и авиация.
  • Производство оборудования, предназначенного для работы с ядерным топливом.
  • Криогенные установки.
  • Агрегаты химической промышленности.
  • Судостроение (речное и морское).

Сварка титана и его сплавов неизменно связана с определёнными химическими и физическими особенностями материалов.

Основной проблемой в этой связи становится то, что сварной шов при использовании традиционных технологий будет склонен к медленному разрушению путём образования трещин из-за высокого содержания водорода, причём явление усиливается при повышении концентрации таких веществ как кислород или азот.

Сварка титана: методы борьбы с трещинообразованием

  1. Соблюдение всех технологических процедур, предусмотренных нормативными документами, для того чтобы предотвратить попадание в зону ведения сварки вредных газов или паров воды. С этой целью предусмотрено выполнение тщательной подготовки рабочего поля, качественная зачистка детали и сварочного материала, а также обеспечивается качественная защита металла.
  2. Проведение процедуры снятия с заготовки остаточного сварочного напряжения.
  3. Для максимального снижения эффекта трещинообразования рекомендуется с (α + β)-сплавами работать в сравнительно мягком режиме (при скорости охлаждения поверхности 10-20 ˚С/с), в то время как α- и псевдo α-сплавы – в жёстком.
  4. В присадочном и основном свариваемом материале необходимо снизить процентное содержание газов: водорода до уровня менее 0,008%, азота – менее 0,04%, а кислорода – менее 0,1-0,12.
  5. Защита металла от насыщения газами.

Особенности и технология сварки титана

Основными способами сварки титана, получившими наибольшее распространение стали:

  • Контрактная сварка.
  • Дуговая сварка в инертных газах с использованием плавящегося или неплавящегося электрода.
  • Электроннолучевая технология.
  • Электрошлаковая сварка.

Аргонодуговая сварка титана

Чаще всего в качестве инертного газа используется аргон высшего сорта (реже гелий или его смесь с аргоном).

При этом свариваемые детали для защиты металла от насыщения газами могут быть:

  • Помещены в герметичный бокс с контролируемыми параметрами среды (такая сварка титана используется только для особо ответственных деталей и соединений).
  • В воздухе, но с использованием специализированных камер, которые защищают зону выполнения работ (с обратной стороны детали в процессе работ подаётся защитный газ).
  • На воздухе одновременно с подачей через специальные удлиненные насадки из сопел инертного газа, что позволяет обеспечить достаточную площадь защитной зоны, одновременно с подачей газа на обратную сторону свариваемой детали.

В качестве присадки используется проволока для сварки титана (она необходима при работе с деталями толщиной от 1,5 мм). При этом альфированный насыщенный кислородом слой обязательно необходимо счистить и с основного металла и с присадочного материала. Кроме того, проволока подвергается четырёхчасовому вакуумному обжигу при температуре 900-1000 ˚С.

Сваривать с применением этой методики можно детали толщиной до 15 мм на постоянном токе при прямой полярности.

Сварка титана со сталью

Соединение стальных и титановых сварных конструкций позволяет существенно снизить вес изделий, что часто имеет принципиально важное значение при проектировании. Но в то же время эти материалы существенно отличаются по своим химическим свойствам и физическим особенностям, поэтому в последние годы ведутся всё более интенсивные разработки технологий и методик ведения сварочных работ для получения соединений высокой надёжности и долговечности. Особенно много сложностей при необходимости выполнения сварки титана с нержавейкой.

Наиболее часто используется:

  • Сварка титана взрывом с использованием промежуточных прокладок из никеля, серебра, меди, ванадия, сплавов тугоплавких металлов.
  • Диффузионная сварка, позволяющая получить механически прочные соединения, но прочность в зоне шва будет всё же ниже, в сравнении с основным материалом.
  • Клинопрессовая сварка в аргоне с прокладкой из меди или алюминия обеспечивает соединение высокого качества.
  • Ультразвуковая и контактная сварка (лучшие результаты могут быть получены при использовании в качестве материала для прослойки серебра и ниобия соответственно).
  • Сварка плавлением получила наибольшее распространение (в частности широко используется аргонодуговая и электроннолучевая сварка титана).

Лазерная сварка титана

Множество проблемных моментов, связанных с процессом сварки титановых сплавов, можно решить с использованием концентрированных источников энергии – лазерных лучей. При этом для получения качественного сварочного соединения необходимо проведение тщательной подготовки кромок свариваемых элементов обработкой методом фрезеровки или точения.

Для того чтобы удалить газонасыщенную плёнку с поверхности – пескоструйную обработку с дальнейшим травлением химическими веществами, осветлением поверхности и её промывкой. При строгом соблюдении допустимых параметров зазора между кромками будет обеспечено формирование шва высокого качества.

steelguide.ru

Технологические особенности сварки титана и его сплавов

Физико-химические свойства титана и сплавов на его основе оказывают значимое влияние на его свариваемость. Основными характеристиками элемента считаются высокий показатель активности титана к атмосферным газам (кислород, азот, водород) под влиянием высоких температур, рост зерен в момент нагревания, приобретение хрупкости при охлаждении сварного соединения.

Взаимодействие титана с атмосферными газами

Комнатная температура способствует образованию на поверхности изделия твердого слоя, предохраняющего титан от окисления. Это сопровождается изменением цвета поверхности от желтого до фиолетового, или белого фона. Посредством цвета шовной зоны можно определить защитные свойства металла во время сварки титановых сплавов.

Взаимодействие металла с азотом происходит при нагревании выше 550 °С, процесс способствует наращиванию прочности и твердости материала, и уменьшению его пластичности. Слой, насыщенный кислородом и азотом, полностью удаляется перед началом сварочных работ, так как его частицы, попадая в соединение, делают шов ломким и хрупким. Допустимое содержание кислорода достигает 0,15%; а азота – 0,05%.

Водород, активно поглощаемый титаном и его сплавами при температуре от 210 до 390 °С, оказывает отрицательное воздействие на свойства металла. Снижение количества водорода под воздействием высоких или низких температур приводит к появлению пор в материале. Через время возникают холодные трещины разрушающие соединение.

Высокий уровень защиты металла от насыщения газами, требуется не только для оплавленных участков, но и для твердых поверхностей нагретых от 400°С и выше. Обеспечить это можно применив флюсовые или металлические прокладки, специальные газовые подушки. Проверить степень защищенности материала можно по состоянию его поверхности после сварки: блестящее основание свидетельствует о надежной защите, серый налет или желто-голубые разводы сообщат о низком качестве соединения.

Способы сварки титана и титановых сплавов

Сварка титана и сплавов производится с помощью металлических присадок, имеющих состав максимально приближенный к основному материалу. Например, это может быть стальная проволока ВТ1-00, из которой также необходимо удалить водород. Для этого проволока подвергается диффузионному отжигу (вакуумному). Края обрабатываются методом плазменной или гидравлической резки. После механической подготовки, с кромки следует удалить металл, насыщенный газами во время процесса. Поверхность кромки и основания очищается методом травления или механическим способом.

Низкая теплопроводность металла, обуславливает характерную форму стыковых швов, получаемых при выполнении сварки в среде аргона плавящимся электродом. Глубокое проплавление, имеющее конусовидную форму, требует наложения дополнительных (глательных) швов, сопровождающих основное соединение. При соединении некоторых конструкций выполняется сварка в гелиевой среде, при которой получается шов, имеющий достаточно широкий захват.

Существует несколько способов сварки титана:

  • дуговая, с применением флюса, или в среде инертных газов посредством плавящихся и не плавящихся электродов;
  • электрошлаковое или электронно-лучевое соединение;
  • контактная.

Большой популярностью пользуется дуговой метод на открытом воздухе вольфрамовыми электродами посредством обычной аргонодуговой автоматической аппаратуры. В этом случае применяются специальные стальные прокладки или флюсы-пасты, способствующие подаче инертного газа на обратную сторону шва и уменьшающие пористость соединения.

Выполняя электрошлаковую сварку необходимо использовать прокаленные при высокой температуре фторидные флюсы, а шлаковую ванну защитить аргоном. Структура шва при подобном соединении остается крупнозернистой.

Хорошая защита металла от газов и мелкозернистая структура шва обеспечивается в результате электронно-лучевой сварки, которая требует более тщательной сборки, чем при использовании других методов.

Применяя любой из способов сварки титана и его сплавов, нельзя допускать перегрев материала. Существует множество способов влияния на кристаллизацию материала, в результате применения которых, можно добиться мелкозернистой структуры шва и высокого качества сварного соединения.

Соединение стали с титаном

Сварка титана со сталью требует тщательного выбора сварочного материала, метода и режима сварки, которые будут способствовать уменьшению хрупкости шва. Получить положительный результат при контактном стыковом соединении невозможно. Поэтому обычно применяется соединение в аргоне при использовании вольфрамовых электродов, или дуговая сварка с наложением промежуточных материалов флюсов, стальных подкладок и прочего.

Наиболее удачным решением считаются комбинированные вставки из материала, в состав которого входит технический тантал и прокаленная бронза. Для этого применяется аргонодуговое устройство, с помощью которого соединяется не плавящимся электродом бронза и углеродистая (или аустенитная) сталь. Тантал соединяется с титаном в специальных камерах, оснащенных контролируемой атмосферой.

stroitel5.ru


Смотрите также