Сварка титана — описание технологии и пошаговая инструкция

Как выполняется сварка титана аргоном? Что надо знать про параметры такой работы и основную технологию? Какова специфика сварки титана и его сплавов в среде аргона?

Особенности

Актуальность сварки титана аргоном несомненна. Этот металл не только очень прочен и сравнительно инертен химически, но и относительно легок. Поэтому его используют во многих местах, и вероятность столкнуться с титановыми изделиями велика у любого сварщика.

Главная специфика работы с аргоном обусловлена его тугоплавкостью.

Можно использовать только очень мощное оборудование.

Но высокая температура плавления титана и его основных сплавов не означают абсолютную устойчивость в любых условиях. После сильного нагрева такой металл будет крайне активно вбирать все газы из воздуха. Именно подобное обстоятельство и заставляет применять сварку в среде устойчивых химически газов. Стоит учесть, что у титана есть 2 стабильные фазы. В состоянии «альфа», наблюдающемся при нормальных условиях, характерна мелкозернистая структура.

Состояние «бета» наступает при прогреве до 880 градусов. В этот момент начинается заметный рост размеров зерна. Важно отметить, что титан становится тогда чувствителен к скорости охлаждения. Дополнительные трудности при сварке (кроме аргонодуговой) создают:

  • плотность титана;

  • его слабая теплопроводность;

  • опасность самовозгорания в кислородной оболочке при прогреве до 400 градусов;

  • окисление в присутствии углекислого газа;

  • вероятность появления хрупких азотистых веществ при 600 градусах и выше;

  • на 250 градусах — впитывание водорода.

Преимуществами аргоновой сварки титана являются:

  • возможность сделать добротный шов;

  • применение сравнительно малых токов;

  • возможность нарастить толщину шва на проблемных участках;

  • пригодность для работы с большими и мелкими образцами в равной степени.

Предварительную очистку делают:

  • шаберами;

  • раствором фтора;

  • соляной кислотой;

  • газовой горелкой.

Особенности сварки титана

На свариваемость этого металла влияет несколько факторов. Прежде всего титан обладает высокой химической реакцией по отношению к газам в воздухе, среди которых азот, кислород и водород. Также значение имеет то, что металл обладает большей склонностью к росту зерна, когда температура превышает 800 градусов.

Если титан нагреть до 350 градусов, он начинает активно поглощать кислород. В результате на поверхности (в области сварки) образуется плёнка, окраска которой варьируется от жёлтой до фиолетовой, плавно переходящей в белый цвет.

Нагрев до 500 градусов приводит к увеличению прочности и твёрдости металла. Однако уменьшаются его пластичные свойства.

Взаимодействие титана и водорода приводит к возникновению вредного явления — водородного охрупчивания. Оно способствует повышенной хрупкости материала. После остывания титана через некоторое время приваренная деталь отваливается.

Увеличение количества зерна из-за воздействия высоких температур снижает прочность металла. Сто́ит помнить, что титан обладает высокой температурой плавления. При работе с ним необходимо использовать очень мощный концентрированный источник тепла.

При сварке шов должен быть защищён с обеих сторон. Особое внимание уделяют подготовке кромки. Не нужно долго её прогревать. При сварке титановой лопаты необходимо тщательно следить за температурным режимом. Чтобы защитить металл в рабочей области, рекомендуется воспользоваться специальными флюсовыми составами. Металлические накладки также подойдут. Можно применять газовые подушки. Для их создания применяют насадочные камеры.

В процессе исправления дефектов на лопате нужно тщательно соблюдать технику безопасности. Следует работать крайне осторожно.

Общие сведения о способах сварки

Базовыми методами сварочной обработки титана можно назвать дуговой ручной и автоматический способы. Что касается оптимальных сред, то наиболее эффективными считается гелий и аргон. Но важно учитывать, что в первом случае требуется включение в среду некислородного флюса. Также распространен метод электрошлаковой сварки. Его обычно используют в работах с толстыми заготовками, требующими к тому же высокой термической накалки. При грамотной организации неплохой результат обеспечивает и контактная сварка. Данный процесс требует, в частности, устройства сбалансированной защиты газом. Если применять в работе подкладки, то обеспечится высококачественная сварка титана. Технология плавления, например, подразумевает организацию специальной защиты оборотной части заготовки с помощью аргоновых газов. В свою очередь подкладка может обеспечить этой стороне дополнительное предохранение в условиях повышенной температурной нагрузки, об опасностях которой говорилось выше.

холодная сварка титан

Необходимые материалы и оборудование для сварки титановой лопаты

Для процесса потребуется:

  1. Аппарат для сварки. Он должен поддерживать режим TIG. Обязательно наличие на нём горелки.
  2. Баллон, наполненный защитным газом. Подойдёт гелий, аргон или их смесь.
  3. Вольфрамовые электроды, которые не плавятся.
  4. Присадочная проволока.
Оборудование для сварки.

@tool-land.ru

Использование флюса


Плюс этого способа — получение качественного и прочного шва. Использование флюса способствует образованию металла с мелкозернистой, следовательно, более плотной и прочной структурой.

Особенности:

  • Флюсовый материал перед применением высушивают при температуре ≈250°C. Обратная сторона защищается флюсовой подушкой или флюсомедной подкладкой. Основная — защитной пастой с высотой буртика равным или больше вылета электрода (14-22мм);
  • Марки защитных составов: для соединения материала толщиной до 8мм используется АНТ-1 или АНТ-3. Толстые заготовки — АНТ-7;
  • Допускается применение распространенной аппаратуры. Режим: постоянный ток обратной полярности. Средние значения тока: 600-650A.

Подготовка к сварке в домашних условиях

Чтобы подготовить металл к сварочным работам, необходимо провести обработку кромок участков, на которых будет проводиться процесс. Обязательно удаляют металлический слой с повышенным содержанием кислорода и азота. Присутствие этих частиц в рабочей области приведёт к ухудшению свойств образованного шва. Повысится хрупкость металла.

Если заготовки имеют толщину не более 4 мм, можно при сварке обойтись без разделки кромки. В остальных случаях она выполняется с соблюдением угла раскрытия равного 60 градусам.

Также необходимо защитить корень шва и рабочую область с обратной стороны. Даже если обработка не выходит на противоположную сторону. Ведь при взаимодействии титана и газов из окружающего воздуха начинается реакция, как только температура достигнет 300 градусов.

Для защиты шва с обратной стороны применяют подкладки из стали или меди. Их необходимо подогнать плотно. Также можно воспользоваться поддувом аргона, направляемым в специальные канавки или внутрь конструкции.

Если процесс допускается выполнять без защиты внутренней стороны швов, тогда необходимо делать перерывы, чтобы поверхность остыла. Сами швы должны быть короткими, не более 20 мм.

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:

ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА НАГРЕТЫХ УЧАСТКОВ

Специальная подкладка для защиты корня шва

Специальная подкладка для защиты корня шва, нагретого до 250-300°С

Защитные приспособления для тавровых и угловых соединений

Защитные приспособления из нержавеющей стали для тавровых и угловых соединений

Контроль качества

Процесс сварки титановых сплавов регламентирован госстандартом ИСО 5817-2009. В зависимости от легирующих добавок прочность соединения составляет от 60 до 80% прочности сплава. Оксидная пленка видна сразу, цвет зависит от степени окисления титана:

  • желтая – среднее качество соединения, прочность удовлетворительная;
  • коричневый или фиолетовый – шов непрочный, нарушена технология.

Пористость возникает при контакте с водородом, если скорость подачи аргона низкая.

Способ сварки титановой лопаты неплавящимся электродом (метод TIG)

TIG — технология сварки, при которой используется электрод на основе вольфрама под защитой инертных газов. Его стержень считается неплавящимся. Это дуговая ручная сварка — дуга образуется между электродом и деталью, а из горелки поступает защитный газ. Подача присадок выполняется ручным способом. Проводят заточку электрода под углом 45 градусов. Необходимо соблюдать силу тока в пределах 100 ампер.

Изделия, толщиной до 1,5 мм, можно соединить встык без использования присадок. В остальных случаях осуществляют подачу прутка. Присадка должна иметь состав, подходящий для сплава рабочей области. Перед началом процесса её необходимо отжечь в вакууме. Это позволит убрать водород. В условиях герметичности присадка будет хранить свойства максимум 5 дней.

Для выполнения работы потребуется ток постоянной полярности, напряжение которого достигает 15B. Электрод нужно направлять к поверхности под определённым углом — 70–80°. Подача присадки осуществляется перпендикулярно к оси электрода.

На фото ниже показано расположение электрода и присадки при сварке TIG любого изделия из титана.

Положение электрода при сварке.

@weldering.com

Формирование шва должно проводиться точными движениями. Пока рабочая область полностью не остынет, рекомендуется обдувать шов аргоном. Процесс нужно выполнять предельно аккуратно.

Контактная сварка

В этом случае многое зависит от скорости работы. Практика показывает, что для крупных заготовок, к примеру, предпочтительным будет режим 2 мм/сек. Увеличение данного показателя приведет к снижению прочности заготовки и положительная функция защитного газа будет минимизирована. Неплохой по качеству результат можно получить, если заранее выполнить более глубокую механическую обработку поверхности заготовки. Благодаря зачистке крупнозернистой наждачной бумагой вкупе с легкой фрезеровкой будет обеспечена стабильная и ровная сварка титана. Отзывы также указывают на достижения хороших результатов при контактной сварке в условиях сбалансированной осадки. Ее следует подбирать из следующего расчета: в среднем на 20% выше, чем при обработке углеродистой стали.

сварка титана технология

Особенности холодной сварки

Отсутствие термического воздействия, при котором наблюдаются, по сути, разрушительные процессы в структуре титана, делают этот способ почти идеальным, но и тут есть свои нюансы. Холодная сварка производится под высоким давлением, которое деформирует кристаллы структуры, в результате смещая их и образуя общий сплав. Непосредственно сварка производится внахлест с помощью специальных зажимных механизмов. Силовое механическое воздействия также отличает этот способ, что требует более высоких финансовых затрат. Есть и другой недостаток, которым характеризуется холодная сварка. Титан, в конструкции которого есть образованные такой спайкой швы, менее надежен и может задействоваться только в конструкциях, не предполагающих высокие физические нагрузки.

Возможные дефекты при сварке

Одним из самых серьезных дефектов является образование пор. Это газовые примеси в структуре металла, в формировании которых участвовал водород. Исключить этот изъян можно двумя условиями – выполнением качественной всесторонней зачистки перед сваркой и обеспечением эффективной защиты нагретого металла в процессе обработки. Еще одной проблемой может стать появление окислов, которые переходят от места создания шва к цельной структуре. Кстати, от этого недостатка полностью страхует холодная сварка титана. Отзывы самих пользователей свидетельствуют, что предотвратить этот дефект при термической обработке помогает именно долговременное поддержание газовой защиты аргона уже после завершения процесса. Индикатором для снятия защиты станет нормализация температуры шва.

сварка титана и его сплавов
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Лазерные станки