Все о сварке

Сварка титан


Сварка титана. Влияние структуры на сварку

Темно-синий вольфрамовый электрод для сварки титана

Начинающим сварщикам, которые никогда не сталкивались с рассматриваемой темой, может показаться, что сварка такого необычного материала как титан, сопряжена с трудностями, которые вряд ли можно преодолеть в обычных не заводских условиях. Это ошибочная точка зрения, так как этот металл или сплав можно варить без применения особых техпроцессов и оборудования.

Какое оборудование для этого нужно?

Да, бывает, что применяется плазменная сварка или электронно –лучевая (что особенно удачно, ведь она проводится в среде вакуума) и даже трением! Но все эти перечисленные способы не являются основными и несмотря на свою эффективность на практике используются не часто. В основном, применяют всем знакомый аргон и полуавтоматы. Так что выбирая оборудование для работы с титаном обратите внимание на инверторы ТIG и MIG .

Важно знать

Успешность сварочного процесса будет зависеть от выбора полярности сварочного аппарата: • Если это TIG необходимо установить режим прямой полярности на токе DC (постоянный) • Для MIG настраивается обратная полярность и ток DC. Сварочная горелка должны быть оборудована клавишей дистанционного управления, что позволяет вести процесс непрерывно, контролируя величину тока и параметры охлаждения шва защитным газом. В качестве дополнительного приспособления применяют педаль ножного типа, позволяющую управлять как параметрами процесса, так и таймером предварительного/ завершающего продува газа. Как вы уже догадались, правильная защита сварочной ванны является важной составляющей успешного проведения процесса. Расплавленный металл должен быть надежно огражден от взаимодействия с кислородом, а газ должен непрерывно подаваться в зону шва пока ее температура не достигнет 400 градусов.

Используемые газы: Ar (аргон) и Нe (гелий).

Влияние структуры титана на сварку

Металл титан – часто встречающийся в земной поверхности. Там его больше, чем других далеко нередкоземельных элементов, таких как Сu, Pb и Zn. Он обладает малой плотностью всего 4,5 Г/см3, но при этом достаточной прочен: временное сопротивление разрыву для чистого Тi составляет 260 ..330 МПа, а при его легировании эта величина может достигать до 1200… 1300 Мпа. Плавится при подогреве до Т=1650 град. Цельсия, крайне устойчив к механизмам электрохимического разрушения. В кислороде возможно самовоспламенение. Реагирует с водородом и азотом. Проявляет активность при нагреве выше 400 градусов, поэтому сварка без защитной среды невозможна. У титана низкая теплопередача, более чем в 2 раза ниже у черной стали. Из-за этого для сварки выставляют меньшие токи, не смотря на его тугоплавкость. Как и сталь обладает аллотропией , т.е возможностью менять свою кристаллическое строение при нагреве, соответственно способен упрочняться термически. Метаморфозы с фазами происходят при 880 оС, до этой температуры существует α- модификация, свыше β.

Добавление элементов Al, O2 и N приводит в устойчивое положение α- фазу. Легирующие добавки Сr, Mn, V стабилизируют β-фазу.

Из выше изложенного логично вытекает, что существует три типа сплава титана альфа, α+ β и бета. К альфа-сплавам относятся ВТ1 и ВТ5-1 – они не увеличивают твердость в результате термообработки, им характерна высокая вязкость, хорошо поддаются сварке К бета-титановым сплавам относятся ВТ-15, ВТ16, ТС6, упрочняются термически, но трудносвариваемы, может наблюдаться увеличение зерен и трещинообразование К α+ β структуре принадлежат такие марки как ВТ3-ВТ8, ОТ4. Они хорошо варятся и термообрабатываются. При нормальных условиях 18 -20 градусов поверхностные слои титана вступают в связь с кислородом воздуха, образуя твердый раствор, то есть состав из двух фаз, находящихся в единой кристаллической решетке. Перенасыщение кислородом поверхности не дает возможности окисляться слоям, находящимся ниже. При возрастании температуры до плавления Ti вступает в реакцию с О2 с возникновением окислов ТiO2. Они окрашены в золотисто-желтые тона или фиолетовые. По данным цветам побежалости можно оценивать несколько эффективной была аргонная защита при сварке. При температуре свыше пятисот градусов титан так же взаимодействует с азотом с развитием нитридов. Поверхностный слой упрочняется, но пластичность падает. Это свойство применяется в ионном азотировании.

Наводораживание Тi в процессе сварки может вызвать высокую пористость и привести к образованию дефектов во времени.

К образованию трещин во время кристаллизации сварочной ванны он не склонен, зато шву и зоне возле шва присуще увеличение размеров зерна – это негативно сказывается на свойствах металла.

Похожее

svarka-master.ru

Сложности сварки титана и их решения

Титан –  проблематичный материал для сварочного процесса, но обладающий отличными конструктивными характеристиками. Именно поэтому сваривание этого легкого и прочного металла — весьма важная проблема и будет рассмотрена далее в этой статье.

О титане

Прочность, твердость, небольшой вес, стойкость к коррозии – все это о нем. Благодаря своим качествам этот материал применяется во многих областях: химическая промышленность (аппаратура), военная промышленность (как компонент брони), ракетостроение, авиация и т.д.

Для легкости и прочности, велосипедные рамы варят из титана

Процесс изготовления конструкций из данного металла так или иначе подразумевает обработку изделий сваркой. И тут промышленность сталкивается с некоторыми проблемами. Этот материал невозможно сваривать обычными методами.

Практически любой институт сварки задействован в разработке и совершенствовании специальных методов сварки титана и титановых сплавов. При этом методы могут быть довольно необычными, например, холодная сварка. Наиболее распространенные из этих методов будут рассмотрены в данной статье.

Сварка титана

Скрепление титановых элементов методом сварки применяется практически везде и является обычным процессом для большинства производителей. Однако сваривание этого металла осложнено тем, что:

Технологические особенности

Исходя из вышеизложенного, становится ясно, что для получения качественного соединения необходимо обеспечить постоянную изоляцию сварного шва от веществ, которые способны загрязнить и испортить весь процесс. Компоненты воздуха – кислород, азот и водород способны реагировать с титаном, в результате продукт загрязняется и его качества ухудшаются.

Сварку необходимо вести как можно быстрее, так как при нагреве увеличиваются размеры зерна кристаллической решетки. Это ведет к повышению хрупкости данного металла.

Способы сварки

Мы рассмотрим основные способы сваривания этого материала, выявим их особенности, основные приемы и правила. И остановимся на каждом методе поподробнее.

Дуговая  в инертной среде

Как говорилось выше, компоненты воздуха реагируют с изделием и загрязняют его. Эта проблема решается так: сварка титана ведется в инертной атмосфере — например, в боксе, заполненным инертным газом.  Этот металл не реагирует с газом и не теряет своих качеств, а оператор наблюдает за процессом сварки через специальное окно. Работы большого масштабапроводятся так: весь процесс помещают в специальную камеру с газом, а сварщики работают в скафандрах.

Процесс сборки титановых изделий, под куполом

Другой способ подразумевает непрерывную подачу газа прямо в область соединения – горелка оснащена специальным соплом, через которое подается инертный газ. Также применяются специальные насадки («сапожки»), которые обеспечивают непрерывную защиту этого материала либо его сплавов без необходимости изоляции процесса от внешнего воздуха. Обратная сторона шва также защищается посредством специальных подкладок, через которые подается инертный газ. Как инертный газ применяют аргон, гелий и их смеси.

В качестве электродов применяются вольфрамовые стержни, либо стержни из других материалов – если процесс подразумевает присадку на сварную поверхность каких-либо других веществ.

Дуговая  под флюсом

Этот способ является относительно новым. Суть метода заключается в том, что материал изолируется от внешней среды специальными флюсами. Как правило, флюс имеет форму пасты, например, флюсы серии АНТ-А (АНТ-5, АНТ-1, АНТ-7, АНТ-3). Метод сварки под флюсом позволяет получать лучшую кристаллическую решетку шва, чем при сварке в инертной атмосфере. При этом остальные показатели качества работы остаются прежними.

Электронно-лучевая

Электронно-лучевая сварка титана и его сплавов дает возможность наилучшим образом обеспечить защиту металла от нежелательных газов. Повышается скорость и понижается энергоемкость всего процесса, при этом характеристики кристаллической решетки находятся на высоком уровне.

Электрошлаковая

Эта технология сварки титана несколько отличается от остальных. При этом методе для соединения титана или его сплавов применяют пластинчатые электроды из такого же материала, из которого изготовлены свариваемые детали. Для улучшения процесса применяют фторидные флюсы серии АНТ: АНТ6, АНТ4, АНТ2. Для дополнительной изоляции шлаковая ванна защищается аргоном. Для того, чтобы лучше понять процесс электрошлаковой сварки титана и титановых сплавов, вы можете просмотреть видео по этой теме.

Холодная

Холодное сваривание подразумевает то, что титан или его сплавы свариваются за счет деформирования сдавливанием. Кристаллические решетки деталей сдвигаются, образуя одну общую кристаллическую решетку. Холодный метод обработки этого материала позволяет получать достаточно надежное соединение, не прибегая к сложным технологиям.

Не стоит путать этот метод с составами «холодная сварка». Они являются смесями на основе эпоксидных смол и с технологией сварки деформацией не имеют ничего общего. Холодное сваривание этого материала и его различных сплавов — именно процесс, описанный выше.

Заключение

Таким образом, мы ознакомились с наиболее распространенными методами сварки титана и титановых сплавов, выявили их основные принципы и особенности, узнали, почему этот металл требует особых методов сварки. Для того, чтобы более полно понять, как происходит сваривание титана и титановых сплавов, вы можете просмотреть тематическое видео – такие видео достаточно распространены в Интернете.

zavarimne.ru

Изучаем технологию сварки титана

Титан не считается редким металлом. Его больше в земле чем меди со свинцом или цинка. Титановые сплавы прочные и не подверженные коррозии. Металл дорогой, так как обрабатывать его сложно и дорого. Рассмотрим как происходит сварка титановая.

Общие сведения

Взять титановый кусок и сразу использовать получается редко. Требуется обработка: +400 C, влияние пара с азотом и кислородом — это сложная технология.

Титановую сварку производят таким методами:

Чаще всего пользуются методом, используя аргон.

Нюансы титановой сварки

Рассмотрим особенности сварки титана. Когда специалист производит сваривание в материале не появится горячих трещин, когда зернистость материала становится более крупной. Технические показатели, как и качество места сваривания ухудшаются. Чтобы материал не стал более хрупким, операцию производят быстро.

Титан нужно изолировать от атмосферного влияния. Не только в сварочной ванной, но и от участков, разогревающихся свыше +625 ºС.

Сваривание с помощью аргона

Этот вид сварки титана популярен в нашей и других странах. Здесь не пользуются электродами с флюсами. Есть возможность выполнять более сложные, тонкие работы на больших объектах или мелких деталях (не толще 0,5 мм). Шов выйдет качественным. С помощью аргоновой сварки можно восстановить деталь в её первоначальном объёме. Кроме этой работы, качественной считается диффузионная.

Технологии сваривания титана, сплавов с ним

Хорошо, когда работы производит специалист на добротном оборудовании. Важно соблюдать последовательность выполнения работ и придерживаться регламентированных норм.

На первом этапе, до сварочного воздействия, производят подготовку, зачищая металлическую поверхность. Плёнку оксидную удаляют. Газокислородной резкой обрабатывают кромки.

Нюансы контактного способа сваривания

При контактной сварке, которую впервые произвели Захарченко В. Ф. с Забурдиным М. К., выяснили, что большие заготовки оплавляются со скоростью 2-2,5 мм/сек. Это важная характеристика металла. Если оплавление происходит быстрее, то прочность ощутимо снижается. Не имеет смысла увеличивать температуру. Иначе получение качественного соединения будет под вопросом и даже аргон не защитит материал от образования пор, трещин.

До сваривания специалисты рекомендуют торцы детали зачищать наждачкой или фрезеровать. Титан быстро перегревается. Это учитывают, ведь осадка может быть на 15 или 20% чем у углеродистой стали. Эта тема хорошо знакома специалистам.

Подробности процесса

В горелке стоит вольфрамовый электрод, благодаря чему поддерживается ток. Металл контактирует с электрической дугой и получается ванная, в которой производится титановая сварка. В ней температура поднимается до 6 000 ºС.

Под воздействием сварочной дуги материал плавится, выходит, что работающая горелка, оказывается в углублении. Это разогревает аргон, который защищает металл от влияния кислорода с азотом и иных примесей, считающихся вредными.

Нюансы

Для металла не толще 1,5 мм при холодной сварке пользуются присадочной проволокой. Если деталь толщиной от 10 до 15 мм, то дугу погружают в один из проходов. Придерживайтесь технологии и шов выйдет ровным, герметичным, долговечным без шлаков. Чтобы деталь остыла воды не требуется.

Электронно-лучевая с дуговой сваркой

Сваркой дуговой, с использованием флюса, начали пользовать недавно. Материал от воздушной среды изолируют флюсами, сделанными в виде пасты. Популярная АНТ-А в разных модификациях.

При этом способе воздействия на материал удаётся получить лучшую кристаллическую структуру, свариваемого металла. Деталь можно эксплуатировать так же интенсивно как до сварки.

У этого вида сварки много недостатков, но рассмотрим плюсы:

Электрошлаковую сварку используют редко. При этом способе специалист применяет электроды аналогичные поверхности материала.

Возникают ли при сварке титана дефекты?

Когда специалист при сварочных работах соблюдает технологию, то прочность шва по сравнению с основным материалом достигает 80%. Если шов получится с дефектом, то деталь или конструкция в этом месте потеряет от 40 до 60% прочности. Чаще всего:

  1. Возникают трещины (холодные).
  2. Появляются поры.

Если на материале холодная трещина, несколько, значит, они возникли непосредственно после сваривания или спустя недели, иногда месяцы. Материал стал хрупким из-за воздействия примесей.

Определяем насколько качественно сделана работа:

  1. Если шов серебристый, значит, газовая защита была отменной.
  2. При соломенном тоне шва были нарушения в технологии работы.
  3. Если шов стал серым (с налётом) или голубым, коричневым, то он был плохо защищён.

Выводы

Вы читали статьи, наш материал и теперь понимаете как производят сваривание титана и его сплавов? При правильной технологии сварки титана и его сплавов прочность шва составляет 80% от целого материала. Обработанная титановая деталь окажется прочнее отремонтированной стальной детали и иных металлов.

К сожалению, оборудование для сварочных работ по титану дорогостоящее. Процесс слишком энергоёмкий, существуют и другие недостатки. Находятся компании, которые стремятся делать качественные швы. Так, качественно производится сварка титана и его сплавов.

Благодаря насадкам холодная сварка, которую производят специалисты, не такая сложная и длительная процедура. Новичку будет трудно сделать свою работу и при вспомогательных средствах, а вот мастер сразу ощутит и оценит преимущества и будет пользоваться насадками в дальнейшем.

Сергей Одинцов

electrod.biz


Смотрите также