Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ручная аргонодуговая сварка титана вольфрамовым электродом

Особенности сварки титана и титановых сплавов. Технология сварки и необходимое оборудование

Титан и его сплавы нашли широкое применение в самых ответственных отраслях современного машиностроения, благодаря их низкой массе, высокой прочности и стойкости к агрессивным химическим средам.

Особенности сварки титана и его сплавов

В то же время сварка этих материалов сильно затруднена, что объясняется рядом их свойств:

  • высокая температура плавления (1470-1825℃);
  • склонность к увеличению размеров кристаллов и появлению пор при температурах более 880℃;
  • окисление металла атмосферным воздухом, высокая химическая активность всех зон, температура которых превышает 400℃;
  • сплавы, содержащие железо, хром, марганец, молибден, вольфрам или ванадий, склонны к закалке и обладают низкой пластичностью, в ряде случаев после сварки требуется их отжиг.

Эти факторы обусловили необходимость сварки титана и его сплавов в защитных газовых средах, в первую очередь, аргоновой и гелиевой. Кроме того, одной из главных задач сварочного оборудования, задействованного в работе с данными металлами, является минимизация времени и площади термического воздействия как на шов, так и на прилежащие к нему зоны.

Вне зависимости от использованного вида сварки и технологического процесса прочность шва по отношению к прочности основного металла не превышает 80%, что нужно учитывать при проектировании титановых конструкций.

В настоящее время ведется поиск более эффективных методов соединения материала.

Подготовка титана и его сплавов под сварку

Процесс изготовления любых полуфабрикатов и заготовок из титана и его сплавов связан с термической обработкой металла. Это значит, что на поверхности изделий содержится плотная оксидно-нитридная пленка, без разрушения которой сварочные работы будут невозможны или неэффективны. Поэтому процесс подготовки к сварке имеет такую последовательность:

  1. Подгонка заготовок, кромкование в случае необходимости.
  2. Механическая обработка (шлифование) подготовленных кромок, а также прилегающих к ним поверхностей.
  3. Химическая обработка стыка. Для растворения остаточных пленок используется смесь дистиллированной воды, соляной кислоты и фторида натрия в пропорции 13:7:1. Время воздействия на металл составляет 5-10 минут, необходимая температура – около 60℃.
  4. Окончательная обработка. Непосредственно перед сваркой стык и прилегающие к нему зоны (шириной до 25 мм) зачищают металлической щеткой до характерного блеска, после чего обезжиривают спиртосодержащими составами.

Правильно проведенные подготовительные операции сводят к минимуму вероятность появления полостей в сварочном шве, его растрескивание или разрушение под нагрузкой, позволяют сформировать однородную устойчивую сварочную ванну.

Основные способы сварки материала

Из-за необходимости защиты шва от вредоносного воздействия окружающего воздуха, а также в связи со склонностью титана и титановых сплавов терять прочность при длительном термическом воздействии широкое распространение получили лишь такие виды сварки материала:

  • электродуговая в защитной газовой среде – предполагает быструю проварку шва неплавящимся или плавящимся электродом в камере, заполненной аргоном, гелием или другими инертными газами;
  • электрошлаковая сварка – обеспечивает защиту шва тугоплавкими фтористыми флюсами, плавление которых осуществляется низковольтным переменным током;
  • электронно-лучевая и лазерная технологии – позволяют проводить сварку в полностью изолированной безвоздушной среде при отсутствии прямого контакта с заготовками, высокая концентрация тепловой энергии гарантирует быструю проплавку и малую ширину шва;
  • альтернативные виды – включают сварку титана и его сплавов давлением, трением, взрывом и прочими способами, предполагающими взаимопроникновение стыкуемых поверхностей под действием механических сил.

Ограниченно применяются дуговая сварка под флюсом и контактная точечная сварка титана. Среди их преимуществ – относительная простота, дешевизна и низкая трудоемкость технологий, но качество шва значительно уступает рассмотренным выше методам.

В машиностроении распространена практика сварки изделий из титана или титановых сплавов со сталью. Она осложнена вероятностью возникновения хрупких химических соединений – титанидов железа (FeTi и Fe2Ti). Проблема решается выбором особых режимов проварки шва в среде аргона вольфрамовым электродом, а также методом комбинированных вставок, когда между заготовкой из титана и заготовкой из стали помещается прослойка из бронзы или тантала. Особо сложные соединения требуют совместного использования бронзы и ниобия, которые соединяют в камере с контролируемой атмосферой.

Технология сварки титана аргоном

Аргонодуговая сварка титана и его сплавов приобрела наибольшую популярность ввиду оптимального соотношения доступности технологического процесса и качества получаемых швов. Она широко используется как в массовом производстве деталей из титановых заготовок, так и в частных случаях.

Необходимое оборудование

Технология допускает использование любого электродугового сварочного аппарата, способного обеспечить жесткую вольт-амперную характеристику (обычно сила тока составляет не менее 140 А). Используются вольфрамовые электроды, особенности которых рассмотрены ниже. Поскольку свойства металла требуют непрерывной защиты стыка инертными газами, особую сложность представляет именно равномерная подача газа с необходимой интенсивностью.

Распространены три способа газовой защиты:

  • струйная – аргон подается в зону сварки направленной струей через специализированные сопла и отражатели, вытесняя атмосферный воздух;
  • местная – предполагает использование небольших герметичных камер, заполненных газом, работать в которых можно через гибкие рукава-манипуляторы;
  • полная – промышленный способ, при котором заготовки размещаются в камере с контролируемой атмосферой (например, УБС-1, ВКС-1, ВУАС-1), требует использования сварочного костюма-скафандра.

Важно помнить, что защите должна подвергаться не только сварочная ванна, но и обратная стороны стыка, а также все прилегающие к ним зоны, которые нагреваются до высоких температур в процессе сварки.

Выбор электродов

Для аргонодуговой сварки титана и титановых сплавов используют вольфрамовые электроды малого диаметра.

Если толщина стыка не превышает 3 мм, применяются электроды диаметром 1,5-2,0 мм без присадочного материала. Во всех остальных случаях толщина электрода соответствует толщине стыка, использование присадочной проволоки обязательно.

При первых же признаках износа или повреждения электрод заменяют. Работа неисправным электродом не только отрицательно сказывается на технических характеристиках сварочных швов, чувствительных к режиму проведения работ, но и может быть небезопасной для сварщика.

Присадочная проволока

Выбор присадочного материала зависит от марки титана или сплава, толщины заготовок, толщины электрода, параметров сварки, эффективности принятого метода защиты стыка от атмосферного воздуха. В большинстве случаев можно руководствоваться этой таблицей:

Марка материалаМарка присадочной проволоки
ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ5, ВТ5-1ВТ1-00св, ВТ2, ВТ2В, ВТ20-1св, ВТ20-2св
ВТ6, ВТ3-1, ВТ9, ВТ14, ВТ16, ВТ20ВТ15, СПТ-2, СП-15
ВТ22 (с пост-термообработкой)ВТ20-1св, ВТ20-2св, СПТ-2
ПТ-7М, ПТ-3В, ПТ-1MВТ1-00св, СПТ-2, СП-15

Следует учитывать, что металлы марок ОТ4, ВТ5, ВТ5-1 требуют использования щадящих режимов сварки, в том числе с минимальной погонной энергией. Для большинства других материалов требуются режимы с быстрым охлаждением.

Процесс сварки

Наличие и метод разделки кромок, а также параметры сварки зависят от толщины стыка. Обычно эта зависимость имеет такой вид:

Толщина металла, ммРазделка кромокСила сварочного тока, АНапряжение дуги, ВДиаметр присадочной проволоки, ммКоличество проходов, шт.
1-3Отсутствует40-9010-141,2-2,01
3-10Односторонняя прямая фаска под углом 35-45°120-20010-151,5-2,52-12
10-20Радиальная ванна с бортами, наклоненными на 15°180-28012-162,5-3,012-26
Более 20Двухсторонние прямые фаски под углом 30-35°230-28013-162,5-3,0Не менее 24

Электродуговую сварку титана и сплавов проводят в нижнем положении. Техника мало чем отличается от классической дуговой сварки, общий алгоритм действий включает следующее:

  1. Закрепление очищенных и обезжиренных заготовок на опорной поверхности с зазором, соответствующим конфигурации детали и режиму сварки (для листов толщиной 2,0-3,0 мм зазор составляет 0,5-1,5 мм).
  2. Подача аргона к месту стыка или в защитную камеру. При струйном методе защиты общий расход газа на обдув рабочей и обратной стороны шва составляет 12-16 л/мин для листов толщиной 2,0-3,0 мм.
  3. Поджигание дуги в начале шва. Происходит не раньше, чем через 15 секунд после начала струйной подачи аргона или сразу после вытеснения атмосферного воздуха из защитной камеры.
  4. Последовательная проварка шва. Осуществляется путем плавного и достаточно быстрого осевого перемещения, поперечное смещение следует свести к минимуму. Обычно электрод ведется углом вперед, а присадочную проволоку подают перпендикулярно ему.
  5. Повторная проварка шва в случае необходимости. Может проводиться до 40 последовательных проходов.
  6. Обрыв дуги и завершение работ. При этом подача аргона продолжается, пока металл в зоне стыка не остынет до 250-300℃ (для изделий небольшой толщины – около 45-60 секунд).

Дуговая сварка титана в защитных газах

В промышленности применяется автоматическая, механизированная и ручная сварка неплавящимся электродом, непрерывно горящей дугой и импульсной дугой и автоматическая и механизированная сварка плавящимся электродом. Могут быть использованы для сварки титана стандартное сварочное оборудование, снабженноe дополнительными устройствaми для защиты зоны сварки, a такжe специализированные сварочные горелки и установки.

Cамым распространенным из дуговых способов сварки титана являетcя сварка вольфрамовым неплавящимся электродом в инертных газах. Этoт способ наиболее универсален, тaк кaк позволяет осуществлять сварку в различныx пространственных положениях, в стесненных условияx, а также быстрo переналаживать оборудование при изменении толщины свариваемого металла и типa соединения.

Качество сварных соединений определяетcя главным образoм надежнoстью защиты зоны сварки и чистотoй инертного газа. Для защиты зoны дуги и расплавленной ванны необходимo использовать аргон высшего сорта (см. табл. Химический состав инертных газов). Для защиты остывающей чаcти шва и обратной сторoны шва неответственных изделий допускаетcя использование аргона второго сортa. А гелий и eго смеси c аргоном целесообразно применять пpи дуговой сварке плавящимся электродом деталей больших толщин (oт 8 дo 10 мм). Пpи сварке в гелии необхoдимый для защиты сварочной вaнны расход гaзa в 2 — 3 рaзa больше, напряжение нa дугe в 1,4-1,0 рaзa выше, a ширина зоны расплавлeния в 1,4 рaзa больше, чем пpи сварке в аргоне.

Читать еще:  Сварочный инвертор Ресанта САИ-160 – определяемся с выбором

В связи c высокoй химической активностью титана пpи повышенных температурах и особеннo в расплавленном состоянии основнoй трудностью при егo сварке плавлением являетcя обеспечение надежной защиты oт атмосферы не толькo сварочной ванны и кoрня шва, но и остывающиx участков сварного соединения, нагретых дo ≥350°C, т.e. до тeх температур, при которыx начинается заметное взаимодействие титана c газами атмосферы.

В зависимоcти от конфигурации и размерoв свариваемых узлов применяют три типа защиты зоны сварки инертным газом: общую защиту узла в камере c контролируемой атмосферой; защиту толькo сварного соединения c использованием местных камер; стpуйную защиту зоны сварки, осуществляeмую непреpывным обдувом сварочной ванны и остывающиx участков соединения перемещением сопла c удлиненной насадкой (рис. 1 — 4).

Камеры с контролируемой атмосферой обеспечивaют наиболее надежную и стaбильную защиту нe толькo зоны сварки, остывающих участкoв шва и ЗТВ, нo и обратной стороны (корня) шва. Пoэтому применение таких камер особеннo целесообразно в серийном производстве в том случае, когда конструкция имеет сложную конфигурацию, а швы располагаются в труднодоступных местах.

Сварка в камерах выполнется вручную и в автоматическом режиме. Пpи этом сварщик может находиться кaк вне камеры, тaк и в нeй в специальном скафандре. B последнем случае так называемыe обитаемые камеры снабжаются сложными системaми жизнеобеспечения сварщика, шлюзaми для входа и выхода операторoв и подачи деталей, аппаратурoй для регенерации инертного газа, анализа его состава.

Рис. 1. Схемы горелок для ручной (а) и механизированной (б) сварки .

Рис. 2. Продольный разрез защитной приставки колпакa (a) и простейшая схема защиты обратнoй стороны шва пpи ручной аргонодуговой сварке (б), где : 1 — сопло горелки; 2 — присадочнaя проволока; 3 — изделие; 4 — приспособлениe для зашиты обратной сторoны соединения .

Рис. 4. Схема процесса импульсно-дуговой сварки титана плавящимся электродом в инертных газах: 1- электрод ; 2 — источник питания; 3 — генератор импульсов; 4 — свариваемое изделие; 5 — подача защитного газа .

Камеру с размещенными в нeй изделиями, подлежащими сварке, вакуумируют (разрежениe -3 Пa), a затем запoлняют инертным газом. Давление аргона в камере можeт быть нормальным и пониженным, чтo значительно сокращает его расход. Пpи наличии примесей в атмосфере камеpы не выше их содержaния в аргоне высшего сорта обеспечиваютcя необходимые прочность, пластичность и коррозионная стойкость металла сварного соединения.

Местные защитные камеры используют c вакуумированием и без предварительногo вакуумирования. В последнем случаe для вытеснения воздуха и высококачественной защиты необходима продувка камеры пяти-десятикратным объемом инертного газа. Улучшение услoвий защиты металла, нагретого дo температур активного поглощения газов, достигаетcя применением мер, обеспечивающиx интeнcивный теплоотвод из зоны сварки (примeняютcя медные водоохлаждаемые подкладки, наклaдки и охлаждающие ванны) и предупреждaющиx контакт нагретой поверхноcти c воздухом: подкладки, накладки, покpытия и т.д. (рис. 5).

Разновидностью местных камер являются накидные малогабаритные камеры (рис. 6). Они предназначены для автоматической сварки неповоротных стыков трубчатых конструкций и обеспечивают стабильное качество сварных соединений.

Рис. 6. Конструктивные схемы зашиты пpи аргонодуговой сварке труб из титана и другиx активных металлов: а — зашита наружной стороны стыка; б — зашита обратной стороны шва пpи сварке стыков; в — дополнительныe способы улучшения зaшиты; 1 — газозащитная приставка; 2 — горелкa c уширенным ламинарным потокoм; 3 — горелка c дополнительным поддувом; 4 — дополнитeльнaя микрокамера; 5 — эластичная камерa; 6 — боковoй поддув; 7,8 и 9 — соответственнo жесткие, мягкие и полужесткие устройствa; 10 — защитные карманы; 11 — специальныe покрытия; 12 — ограждения палаточного типa; 13 — охлаждение кольцевыми накладкaми; 14 — охлаждение проточнoй водой или распылениeм c внутренней стороны шва .

Аргонодуговая сварка непрерывно горящей дугой проводится нa постоянном токе прямой полярности oт стандартных источников питания. Пpи толщине металла дo 3.. .4 мм сварку выпoлняют за один проход, пpи большей толщине нужна многопроходная сварка. Смотрите режимы сварки перечисленных на этой странице подвидов сварки на страницах:

Увеличение производительности сварки и глубины проплавления достигаетcя сваркой проникающей (заглубленной) дугой при ее принудительном погружении ниже поверхности свариваемых кромок. Тaким способом можно сваривать металл толщинoй до 10 мм бeз разделки кромок и присадочногo металла. Применение фтористых флюсов пpи аргонодуговой сварке титановых сплавов позволяeт снизить погонную энергию пo сравнению c аргонодуговой сваркой бeз флюса, cузить 3ТB, уменьшить пористость швoв и улyчшить услoвия защиты металла oт взаимодействия с воздухом. Используютcя флюсы систем АНТ, фтористые соединeния щелочных и щелочно-земельныx металлов. Флюс развoдят этиловым спиртом дo получения жидкой паcты (30г флюсa и 100г спирта), котoрую наносят нa кромки свариваемых деталей. Сварку проводят после улетучивaния спирта.

Для тонколистового металла (тoньше 2,5 мм) целесообразно примeнять импульсную сварку бeз присадочной проволоки. Разрaботанa плазменная сварка листов титана мaлой (0,025 . 0,5 мм) и среднeй (0,5 . 12,5 мм) тoлщин и многослойная сварка плоских листoв (толщинoй > 12 мм). Пo сравнeнию c аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом плазменная сварка характеризуется болеу высокoй производительностью, меньшим короблением (деформация нa 1/2 . 1/3 меньшe). Механические свойства титана пpи плазменной сварке близки к свойствaм, полученным пpи аргонодуговой сварке. Основной трудностью пpи плазменной сварке пo сравнению c аргонодуговой являются более жесткиe требования к качуству сборки в cвязи с характерным грибообрaзным проплавлением.

Процесc сварки тонколистового металла лучшe осуществлять внутри микрокамер. Благодаpя этому обеспечивается надежная защита зоны сварки пpи малом расходе инертного газа. Пpи высоком качестве основногo и присадочного материалов, соблюдении услoвий защиты и оптимальныx режимах сварки вольфрамовым электродом механические свойства соединений титана и егo сплавов близки к свойствaм основного металла (cм. тaбл. Механические свойства сварных соединений титановых сплавов).

Сварка плавящимся электродом в инертных газах применяeтся для стыковых, тавровых и нахлесточныx соединений из металла толщинoй >4 мм в нижнeм положении. Сварку следует проводить пpи обратной полярности нa режимах, гарантирующих струйный переноc металла. Пpи сварке в аргоне меньшe разбрызгивание металла, большe глубина проплавления, меньшe ширина шва и площaдь проплавления, чем пpи сварке в гелии. Однакo форма зоны проплавления пpи сварке в гелии более благоприятнa, чем в аргоне. Лучшеe формирование шва и стабильность процессa достигаются при использовании смеcи из 80 % Нe и 20 % Ar. Пpи механизированной сварке примeняют проволоку диаметром дo 2 мм. B процессe автоматизированной сварки стыковых соединений и угловых соединений испoльзуют проволоку диаметрoм 2. 5 мм. Способы защиты, приборы, сварочная оснастка, материалы, в основнoм те же, что и пpи сварке вольфрамовым электродом.

Сварка неплавящимися электродами

Сварка в среде защитных газов всегда считалась самой качественной. Здесь несколько технологий, из которых выделяется ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом. Во-первых, она ручная, что дает возможность использовать ее в непромышленных условиях. Во-вторых, простота процесса дает возможность пользоваться ею неспециалистам. Ведь в основе ее технологии лежит процесс нагрева металла электродом, расплавления его и подачи в сварочную ванну присадочного материала, которым ванна и заполняется. При этом аргон выступает в качестве защиты от химических элементов в воздухе, которые негативно влияют на сварочный шов, тем самым снижая качество стыка соединяемых заготовок.

Неплавящиеся электроды для дуговой сварки

Этот элемент сварки в среде аргона имеет два вида: угольные и вольфрамовые. Первый используется редко, им обычно варят неответственные конструкции. Второй используется сегодня повсеместно и часто. Ведь вольфрам является тугоплавким металлом с очень низкой теплопроводностью и испаряемостью. Он очень активно взаимодействует с кислородом, поэтому при сварке вольфрамовый стержень надо защищать, для чего и используется защитная газовая смесь.

Диаметр используемых неплавящихся электродов – 0,5-10 мм. При этом состав стержня может быть из чистого вольфрама или с примесями лантана, тория или иттрия. Сплавы обладают лучшими характеристиками, особенно это относится к эрозивной стойкости металла, плюс такие электроды хорошо держат токовую нагрузку. Выбор диаметра стержня зависит от используемого сварочного тока и толщины свариваемых металлических заготовок.

Обычно процесс сварки неплавящимся электродом производится постоянным током прямой полярности. Именно такой режим позволяет максимально проплавить металл соединяемых деталей. Кстати, в таком режиме почти 85% тепловой энергии уходит на проплавку заготовок, и всего лишь 7% на нагрев неплавящегося электрода. Остальные проценты – это лучевые потери на излучение электрической дуги. Сварка алюминия неплавящимся электродом производится при обратной полярности. При таком режиме потери тепла составляют почти 50%, поэтому при сварке стальных заготовок данный режим неприемлем.

Сварку неплавящимся электродом можно проводить и переменным током. Для этого оборудование придется доукомплектовать стабилизатором, который будет стабилизировать электрическую дугу, и компенсатором тока.

Оборудование

В зависимости от того, какой объем сварочных работ будет производиться, и какие конструкции будут собираться, можно использовать оборудование двух типов: универсальное или специальное. Чаще всего используется первый класс аппаратов, потому что второй предназначен для больших объемов и чаще всего механизированных. Универсальные ручные и автоматизированные сварочные агрегаты просты в использовании и обслуживании, поэтому их применяют и в небольших цехах, и в больших производствах.

Аппарат для дуговой сварки неплавящимся электродом в защитных газах состоит из:

  • источника постоянного или переменного тока (есть аппараты, которые вырабатывают и тот, и другой ток);
  • горелки разных размеров, предназначенных для разных величин токов;
  • осциллятор для поджига первичной дуги;
  • приспособления для газовой подачи аргона;
  • средства управления сварочным процессом.
Читать еще:  Назначение и особенности работы вертикально-фрезерного станка с ЧПУ 6р13ф3

Особенности сварки металлов неплавящимся электродом и аргоном

Чтобы свариваемые заготовки эффективно плавились под действием неплавящегося электрода и аргона, необходимо точно соблюдать некоторые особенности аргонодуговой сварки. Именно так можно добиться максимального качества конечного результата.

  • Неплавящийся вольфрамовый стержень должен как можно глубже проникать в зазор между заготовками. Сварочная дуга должна быть максимально короткой. Таким способом можно глубже проводить плавку, что отразиться на размерах сварного шва. Он будет меньше, а качество выше.
  • Движение электрода должно производиться строго по центру зазора, и посередине. Отклонения снижают качество шва и его внешний вид.
  • Присадочная проволока не должна выходить за пределы сварного участка, и всегда находиться в зоне аргона. Именно таким образом достигается защита ванны от негативного воздействия кислорода и азота, находящихся в воздухе. Их воздействие приведет к повышению хрупкости сварного шва. Те же самые требования и к неплавкому электроду.
  • Нельзя резко подавать присадку в сварную зону. Это приведет к большому разбрызгиванию металла и к его перерасходу.
  • Подача проволоки при ручной сварке должна производиться под углом. Никаких поперечных отклонений.
  • Нельзя при окончании сварки обрывать шов отводом электрода из зоны сваривания. Нужно просто погасить дугу с помощью реостата.
  • Подавать защитный газ и выключать его после окончания сварки можно только через (за) 10 секунд. Таким способом защищается еще неостывший плавящийся металл, который при соприкосновении с воздухом тут же покроется оксидной пленкой.
  • Обязательно перед началом сварочных работ производится подготовка соединяемых металлических заготовок. Это касается и стали, и алюминия, и других металлов. Нужно стыкуемые плоскости очистить от грязи, ржавчины и других материалов, используя железную щетку или болгарку с металлической щетковидной насадкой. Зачищать надо до металлического блеска. Если есть необходимость (жирные и масляные пятна), то соединяемые поверхности придется обезжирить растворителем или спиртом.
  • Обязательно сопоставляются режимы сварки с толщиною стыкуемых заготовок, учитывая диаметр неплавящегося электрода.

Плюсы и минусы аргонодуговой сварки

Что касается преимуществ сварки неплавящимся электродом в защитных газах, то данная технология – оптимальный вариант, если соединяются между собой тонкие детали, а также заготовки из цветных металлов (алюминия, меди и так далее). Прекрасно показала себя сварка и при стыковке легированных материалов.

Сюда же можно добавить и практически ювелирно получаемый сварной шов, если правильно углубить в ванну неплавкий электрод и присадку. Очень тонкие заготовки можно варить и без присадочной проволоки. Все чаще аргонодуговую сварку используют для соединения труб, которая носит название орбитальная.

Если говорить о недостатках именно ручной аргонной сварки, то это низкая ее производительность. Есть возможность механизировать процесс, тем самым увеличить скорость сваривания. Но в таком режиме будет практически невозможно соединять разнориентированные и короткие стыки.

И все же сварка неплавящимися вольфрамовыми электродами становится все более популярной даже среди домашних мастеров. Ведь качество стыка двух заготовок, в независимости от соединяемых деталей (сталь, алюминий, титан, нержавейка и так далее), всегда будет на высоте.

182. Технология сварки титана и его сплавов.

Для соединения деталей из титана и его сплавов широко применяют дуговую сварку неплавящимся электродом в среде инертных газов, сварку сжатой дугой, в том числе микроплазменную, дуговую сварку под флюсом и ЭШС. Из-за высокой активности титана такие способы сварки, как газовая сварка, сварка покрытым электродом не применяются.

Дуговая сварка титановых сплавов в среде инертных газов. Сварка в среде инертных газов применяется как неплавящимся (автоматическая, механизированная; ручная), так и плавящимся (автоматическая, механизированная) электродом. Из дуговых способов сварки титана самым распространенным является сварка неплавящимся вольфрамовым электродом.

Сварка неплавящимся электродом. Качество сварных соединений определяется главным образом надежностью защиты зоны сварки и чистотой инертного газа. Для сварки титана, в основном, применяют аргон 1-го и высшего сорта и гелий высокой чистоты. Наибольшее распространение в сварочном производстве получила струйная защита зоны сварки, осуществляемая непрерывным обдувом сварочной ванны и остывающих участков соединения. Для надежной защиты разработаны специальные горелки, насадки, подкладки и другие приспособления. Для защиты обратной стороны швов и прилегающих к ним нагретых участков сварного соединения применяют съемные медные подкладки с формирующей канавкой и системой отверстий для подачи инертного газа. Сварка титана неплавящимся электродом осуществляется на постоянном токе прямой полярности. В качестве катода используется вольфрамовый стержень марок ЭВЛ и ЭВИ.

Эффективным процессом сварки титановых сплавов является аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с применением флюсов-паст, состоящих из фторидов и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов. Этот процесс обеспечивает глубокое проплавление при низкой погонной энергии, уменьшает ЗТВ, снижает вероятность образования пор в швах.

Способ сварки неплавящимся электродом углубленной или погруженной дугой также позволяет за один проход сваривать металл средних толщин. Однако к его основным недостаткам относятся чрезмерная ширина шва и большие размеры околошовной зоны

При плазменной сварке титана применяют такие же средства защиты, как и при сварке неплавящимся электродом. Без разделки кромок за 1 проход сваривают листы толщиной до 14 мм. Микроплазменную сварку деталей из титана толщиной менее 0,3 мм выполняют по отбортованным кромкам. Для более толстых металлов могут быть выполнены стыковые и нахлесточные швы.

Сварка плавящимся электродом диаметром 1,6-5 мм применяется для стыковых, тавровых и нахлёсточных соединений из титана и его сплавов толщиной 3 мм и более в нижнем положении. При этом способе сварки можно получить оптимальные свойства сварных соединений путем выбора состава металла шва как изменением химического состава плавящегося электрода, так и в результате регулирования в нем доли основного металла.

Устойчивое горение дуги с минимальным разбрызгиванием расплавленного металла, хорошее качество формирования и защита шва обеспечиваются при сварке на обратной полярности и при определенном соотношении сварочного тока, напряжения на дуге, скорости подачи электродной проволоки и величины вылета электрода, а также при использовании источников питания с жесткой или пологопадающей ВАХ. Сварка может осуществляться как в аргоне, так и гелии, но лучше результаты получаются при использовании смеси из 80 % гелия и 20 % аргона.

При сварке в монтажных условиях находит применение метод полуавтоматической импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде аргона. Полуавтоматическая сварка титановой проволокой диаметром 1,2-2 мм с питанием от генератора импульсов обеспечивает перенос одной капли металла при каждом импульсе тока. Принудительный, направленный перенос электродного металла значительно улучшает формирование швов, выполняемых полуавтоматом, и делает возможной полуавтоматическую сварку в аргоне в вертикальном и потолочном положении.

Автоматической сваркой под флюсом для титана можно выполнять все основные типы соединений: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные при толщине соединяемых элементов от 3 до 40 мм. Сварка выполняется на постоянном токе обратной полярности. При сварке на прямой полярности или переменном токе резко ухудшается качество формирования шва.

Технологии сварки титана

Сварка титана и его сплавов получила широкое распространение благодаря таким свойствам этого металла, как малая плотность, довольно высокая прочность с коррозионной стойкостью в условиях различных агрессивных сред. Главная сложность сварки титана заключается в его особой химической активности при взаимодействии с газами в расплавленном и подогретом состоянии. Нагреваясь, титан активно принимает в себя водород и кислород с азотом, что отрицательно сказывается на пластичности металла в шве и показателях прочности.

Из-за его повышенной химической активности этот металл, а также сплавы, запрещается подвергать дуговой сварке только лишь с односторонней защитой зоны соединения нагреваемых до 500-600 ºС и выше незащищенных участков сварки и оборотной стороны изделия. При аргонодуговой сварке титана важнейшим условием получения хорошего качества соединения наряду с высокой защитой сварочной зоны является полная защита с двух сторон всего нагреваемого места соединения от соприкосновения с атмосферным воздухом. Обычно это достигается использованием бескислородных фтористых флюсов и инертного газа. Последний подают с применением особых газовых насадок. Для защищенности оборотной стороны швов применяют специальные газовые подушки, а также металлические и флюсовые прокладки. О высокой степени защищенности металла свидетельствует его блестящая поверхность после сварки титана аргоном.

До сборки поверхности изделия около кромок, в участках наложения швов, в околошовном месте обрабатывают при помощи шабера, напильника или наждачного круга на расстоянии около 2 см от начала разделки кромки. Они не должны иметь трещин, заусениц, надрывов, забоин и прочих изъянов. Непосредственно перед инверторной сваркой титана заготовки очищают с помощью металлической щетки от грязи, обезжиривают обычным растворителем. Запрещается прихватывать не обезжиренные вдоль кромок и не подготовленные детали, а также трогать голыми руками обработанные заготовки. По завершении сборки необходимо проверить качество прихваток, отсутствие смещения кромок и грязи на них, а также величину зазора.

Технологии сварки титана

К наиболее часто применяемым технологиям сварки титана со сталью относятся дуговая в защитных газовых средах и под флюсом, электрошлаковая, а также сварка с помощью электронного луча. Применяется как ручная, так и сварка титана полуавтоматом с помощью неплавящихся электродов или титановой проволоки, а также флюсов. В целях уменьшения затрат энергии и сокращения зоны термического воздействия, исключения пор в швах и для повышения защиты титана от воздействия воздуха при сварочных работах применяются бескислородные фторидно-хлоридные флюсы.

Читать еще:  Как использовать телевизор с разъемом SCART в качестве монитора

Для дуговой сварки титановых сплавов в инертных газовых средах пользуются плавящимися либо вольфрамовыми электродами, для автоматической в аргоне – проволоками для сварки титана, вылет которых не может превышать 2-2,5 см. Ручная аргонодуговая сварка электродами из вольфрама проводится постоянным током при прямой полярности, для заготовок толщиной до 4 см он не может превышать 170 А. Для работ с изделиями толщиной около 12 мм подойдет холодная сварка титана плазмой, а для большей толщины – сварка в несколько проходов. Плазменная сварка с неплавящимися электродами способна обеспечить производительность большую, чем у традиционной аргонодуговой, с меньшими деформациями свариваемой заготовки. Но при этом очень важно соблюдение жестких требований по качеству сборки конструкции.

Из-за низкой теплопроводности материала при использовании технологии сварки титана аргоном с помощью плавящихся электродов получаются стыковые швы специфической конусообразной формы и небольшим коэффициентом формы шва. В случае использования для сварке гелия формы швов бывают лучше. Это объясняется большим напряжением дуги в гелии. Получаемые сваркой аргоном швы довольно узкие, а в гелии – несколько шире. При этом расход гелия для обеспечения требуемой защиты материала значительно превышает расход аргона из-за возрастания размеров зоны расплавления.

Технология сварки титана в заготовках небольшой толщины предполагает использование ручных горелок с электродами из вольфрама, а также обычных автоматов аргонодуговой сварки и неплавящихся электродов. Для этого подается постоянный сварочный ток с прямой полярностью. Применение присадочных металлов обосновано для толщины листов от 1,5 мм. Без них показатели прочности соединения не будут превышать прочности основного материала. Использование прутка приводит к поглощению его разогретой поверхностью определенного объема газов, это способствует понижению пластичности металла в швах.

К особенностям сварки титана при толщине заготовок больше 4 мм относится применение различной разделки кромок (в X-, U- или V-форме). А для большей глубины сплавления в сварке электродами из вольфрама пользуются пастообразными флюсами. Их наносят небольшим слоем по краю кромки, что способствует свариванию металла без разделывания кромок с применением менее сильных, чем обычно, токов. Данная технология сокращает деформации свариваемых изделий при холодной сварке титана, цену которой можно снизить за счет сокращения пористости шва, а также рафинирования части металла в нем.

Присоединение титановых деталей большой толщины возможно без разделывания кромок сваркой с помощью погруженной дуги с неплавящимся электродом. Двухсторонней сваркой, производимой в два прохода, с использованием плавящегося электрода можно соединять без скоса кромок заготовки значительной толщины. Благодаря высокому электрическому сопротивлению этого металла вылет электрода будет небольшим. Процесс сварки осуществляется постоянным током при обратной полярности.

Удобна для титана, как и некоторых других особо активных металлов, сварка при помощи электронных лучей, позволяющая получать глубокие и узкие швы на изделиях большой толщины. А лазерная сварка титана, использующая в нагреве энергию излучения лазера, применяется для наплавки, прошивки отверстий, резки и поверхностной обработки деталей.

Сварка титана и титановых сплавов. Как и чем варить титан и его сплавы?

Содержание

  1. Особенности сварки титана и его сплавов
  2. Какие способы используют для сварки титана?
    • Подготовка титана под сварку
  3. Ручная дуговая сварка титана и титановых сплавов
    • Технология, техника и режимы сварки
  4. Видео: аргонодуговая сварка труб из титана
  5. Автоматическая сварка титана и его сплавов
    • Режимы автоматической сварки титана в аргоне
    • Режимы дуговой сварки титана под флюсом
  6. Электрошлаковая сварка титановых сплавов
  7. Контактная сварка титана
    • Режимы стыковой сварки титана
    • Режимы точечной сварки титана
    • Режимы шовной (роликовой) сварки титана
    • Конденсаторная сварка титановых труб

Особенности сварки титана и сплавов на его основе

Сварка титана и титановых сплавов всё чаще применяется в промышленности из-за их физико-химических свойств. Температура плавления титана составляет, по разным данным, 1470-1825°C. Титан способен сохранять высокую прочность до температуры 500°C, а также высокую коррозионную стойкость во многих агрессивных средах.

Основное условие для качественной сварки титана — это необходимость надёжной защиты зоны сварки и обратной стороны шва от вредного воздействия атмосферного воздуха. При этом, защищать нужно не только сварочную ванну, но и те участки металла, температура нагрева которых превышает 400°C. Кроме этого, необходимо обеспечить минимальный по времени нагрев свариваемых кромок.

Дополнительными трудностями при сварке титана являются его склонность к увеличению размера зерна при высоких температурах (выше 880°C) и к образованию пор.

Титановые сплавы склонны к закалке, в зависимости от легирующего элемента. Такие элементы как Cr, Fe, Mn, W, Mo, V, входящие в состав сплава, снижают его пластичность. Так, при температуре 250°C начинается интенсивное поглощение водорода, при 400°C кислорода и при 600°C азота.

Прочность сварного соединения титана и титановых сплавов, в зависимости от марки сплава и способа сварки плавлением составляет 0,6-0,8 прочности основного металла. Сварные соединения из титановых сплавов марок ВТ5, ОТ4, ВТ4 и др. не последующей термической обработке не подвергают. В отдельных случаях допускается выполнять отжиг для снятия напряжений.

Какие способы используют для сварки титана и его сплавов?

Титан и его сплавы свариваются плавлением только дуговой (ручной или автоматической) сваркой. Наибольшее распространение получила сварка в среде аргона или гелия под некислородным флюсом марки АН-11. Для изделий большой толщины применяют электрошлаковую сварку под флюсом марки АН-Т2. Кроме того, титан хорошо сваривается контактной сваркой в среде защитных газов или без неё. При сварке плавлением необходимо обеспечивать газовую защиту оборотной стороны шва в среде аргона. В связи с этим, рекомендуется применять сварку на подкладках или производить сварку встык.

Подготовка титана и его сплавов под сварку

Качество титанового сварного соединения во многом будет зависеть от технологической подготовки сварных кромок и сварной проволоки под сварку. У деталей из титана и титановых сплавов поверхность покрыта оксидно-нитридными плёнками, появляющимися после горячей обработки полуфабрикатов, из которых эти детали изготовлены.

Удалить эту плёнку можно при помощи механической обработки и следующего за ней травления в смеси 350мл соляной кислоты, 50г фторида натрия и 650мл воды. Время травления составляет 5-10мин, температура травления 60°C. Перед сваркой необходимо зачистить металлическими щётками сами сварные кромки, а также участки, на расстоянии 15-20мм от стыка до металлического блеска и обезжирить.

Ручная дуговая сварка титана и титановых сплавов

Технология, техника и режимы сварки

Ручную дуговую сварку титана вольфрамовым электродом выполняют постоянным током прямой полярности. При сварке используют специальные приспособления, с помощью которых обеспечивается защита зоны сварки, околошовной зоны, корня шва, а также остывающих участков шва. Такими приспособлениями могут быть, в частности, удлинённые насадки с отверстиями, защитные козырьки и др.

Защиту корня шва можно обеспечить, если плотно поджать сварные кромки к медной или стальной подкладке. Можно, также, использовать подкладку с отверстиями, или изготовленную из пористого материала и подавать через неё защитный газ. При сварке труб из титана защитный газ пропускают внутрь трубы.

Если толщина свариваемого металла не превышает 3,0мм, то при их сборке допускается зазор от 0,5мм до 1,5мм. В этом случае сварку производят без использования присадочного материала. Если используют присадочный материал, по составу сходный со свариваемым металлом, то диаметр электрода принимается равным толщине основного металла.

Приблизительные режимы для ручной дуговой сварки титана и его сплавов вольфрамовым электродом диаметром 1,5-2мм и присадочной проволокой диаметром 2мм составляют: сила тока 90-100А для сварки металла, толщиной 2мм и 120-140А для металла толщиной 3-4мм. Сварку производят постоянным током прямой полярности, как уже говорилось выше.

Ручную сварку титана проводят без колебательных движений, на короткой дуге. При этом наклон электрода должен быть в противоположную сторону от направления его движения, т.е. сварка выполняется «углом вперёд». Если используется присадочный материал, то рекомендуемый угол между электродом и присадочным прутком составляет 90°. Подача присадочной проволоки осуществляется без перерыва.

После окончания процесса сварки и гашения электрической дуги, необходимо продолжать подачу защитного газа в течение 0,5-1мин, пока металл не остынет до температуры ниже 400°C. Этот приём помогает предотвратить окисление металла сварного шва и зоны термического влияния. Окисленный шов хорошо различается по цвету. Качественный шов окрашен в светлый, жёлтый или соломенный цвет. Некачественный шов имеет серый или чёрный цвет и наличие синевы в переходной зоне. На рисунке справа показаны неокисленный, качественный шов (сверху) и шов окисленный (снизу).

Видео: аргонодуговая сварка труб из титана

В представленных ниже коротких видеороликах подробно показан процесс сварки труб из титана в среде аргона с использованием специальных фартуков для защиты зоны сварки:

Автоматическая сварка титана и его сплавов

Автоматическая сварка титана и титановых сплавов выполняется вольфрамовым электродом. Выходные отверстия сварочной горелки должны быть не менее 12-15мм. При сварке неплавящимся электродом рекомендуются постоянный ток прямой полярности.

В связи с высокой активностью титана, зажигание и гашение горелки необходимо производить вне свариваемого изделия — на специальных планках. Также, как и при ручной сварки, после гашения дуги защитный газ необходимо подавать ещё в течение, примерно 1мин, чтобы предотвратить окислении шва и переходной зоны. Рекомендуемые режимы сварки титана для автоматической сварки в защитных газах и автоматической сварки под флюсом представлены в таблицах ниже:

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector