Технология сварки титана и его сплавов

Температура плавления титана 1668°С. Имеется около 20 сплавов

Марка

Свариваемость

Технологические особенности сварки

ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1

Хорошая

Зачистка кромок
Режим с минимальной погонной энергией
Электродная проволока BTl-00св, ВТ2, ВТ2В, ВТ20-1св, ВТ20-2св

ОТ4, ВТ5, ВТ5-1

Удовлетворительная

ВТ6, ВТ3-1, ВТ9, ВТ14, ВТ16, ВТ20

Ограниченная

Мягкий режим с малыми скоростями охлаждения Электродная проволока ВТ15, СПТ-2, СП-15

ВТ22

Последующая термообработка Электродная проволока ВТ6св, ВТ20-1св, ВТ20-2св, СПТ-2

ПТ-7М, ПТ-3В, ПТ-1М

Хорошая

Режим с высокой скоростью охлаждения. Электродная проволока BTl-00св, СПТ-2, СП-15

Трудности при сварке

  • Высокая химическая активность, требующая защиты от окисления даже участков околошовной зоны, нагретых до 250-300°С;
  • Склонность к росту зерна в околошовной зоне, что требует оптимальных токовых режимов;
  • Порообразование и холодные трещины из-за газовых примесей (прежде всего, водорода), растворенных в основном и присадочном металлах;
  • Низкая вязкость расплавленного металла, вызывающая прожоги.

Подготовка к сварке

Резка на заготовки и подготовка кромок под сварку ведутся механическими способами. Разделительная резка и подготовка кромок толстостенных изделий возможна и газотермическими способами, но с обязательной последующей механической обработкой кромок на глубину не менее 3-5 мм.

Кромки на ширину 15-20 мм зачищают металлическими щетками, шабером и т .п. с последующим обезжириванием.

Если до сварки конструкция подверглась термообработке (вальцовке, ковке, штамповке), то перед сваркой ее поверхности необходимо очистить дробеструйным или гидропескоструйным аппаратом, а затем еще подвергнутъ и химической обработке: рыхлению оксидной пленки, травлению и осветлению.

Режимы химической обработки титана и его сплавов

Раствор

Длительность обработки, мин

Назначение

Состав (на 1 л воды)

Рыхление оксидной пленки

Нитрит натрия 150-200 г Углекислый натрий 500-700 г

120

Травление

Плавиковая кислота 220-300 мл Азотная кислота 480-550 мл

60-1200

Осветление

Азотная кислота 600-750 мл Плавиковая кислота 85-100 мл

3-10

После химической обработки свариваемые кромки промывают на ширину 20 мм бензином и протирают этиловым спиртом или ацетиленом. Сварочную проволоку предварительно подвергают вакуумному отжигу с последующим обезжириванием.

Сварку ведут в приспособлениях или на прихватках, которые выполняют ручной аргонодуговой сваркой W-электродом.Свариваемые поверхности, подготовленные к сварке, нельзя трогать незащищенными руками.

Выбор параметров режима

Сварку осуществляют постоянным током обратной полярности. Режимы выбирают исходя из толщины металла с учетом склонности сплава к росту зерна и термическому циклу. Для уменьшения роста зерна рекомендуются режимы с малой погонной энергией и повышенными скоростями.

Учитывая высокое электрическое сопротивление титана, сварку ведут с малыми вылетами электрода. При сварке на низких токовых режимах возможен непровар корня шва. Во избежание этого корень выполняют ручной аргонодуговой сваркой W-электродом, а остальную разделку - сваркой плавящимся электродом.

Металл

Рекомендуемая проволока

Титан и его сплавы с пределом прочности не менее 90 кгс/мм2

ВТ1

То же более 90 кгс/мм2

ВТ2, ВТ15

Высокопрочные сплавы типа ВТ14, ВТ22 и др.

СПТ-2

Основное пространственное положение - нижнее.

При сварке с глубоким проплавлением на повышенных токовых режимах рекомендуется газовая смесь гелия и apгона (80%+20%). Для повышения прочности, пластичности и стойкости против образования трещин сварные соединения термически упрочняемых сплавов подвергают последующей термической обработке, режим которой зависит от состава сплава.

Техника сварки

Надежная зашита зоны нагрева при механизированной сварке титана плавящимся электродом в инертных газах сопряжена с рядом трудностей. Поэтому сварку этим способом в большинстве случаев ведут в камерах с контролируемой атмосферой.

Целесообразно применять импульсно-дуговой метод, что обеспечивает возможность сварки в монтажных условиях, повышает производительность по сравнению с ручной сваркой неплавящимся электродом при одновременном снижении погонной энергии в 2-2,5 раза.

Ориентировочные режимы сварки титана и его сплавов

Вид соединения

Размер, мм

Процесс сварки

Газ

Сварочный ток, А

Напряжение на дуге, В Скорость сварки, м/ч Диаметр электрода, мм Вылет электрода, мм Расход газа, л/мин

S

b

Стыковое соединение

3
3
6

0+0,5

ИДС
КР
СТР

Не
Не+Ar
Не+Ar

150-200
200-220
300-330

30-34
20-25
22-27

20
25
20

1,2-1,5
1,5
2

10-12
15-20
18-25

18-20

35-40

35-40

Стыковое соединение

6-8

0+1

СТР

Ar
Не

320-380
320-360

29-31
38-40

22-25
20-25

2
2

20-25
20-25

50-100

100-200

15-20

0+1

СТР

Ar
Не

600-800
600-700

31-34
44-48

18-20
18-20

3-4
3

20-35
20-30

70-120
100-200

Тавровое соединение

3-6
6-10

0+0,5
0+1

ИДС
СТР

Не
Ar

90-250
500-550

30-36
29-31

18-25
30-40

1,2-1,5
2-3

10-20
20-30

20-30
50-100

Тавровое соединение

12-16

0+1

СТР

Ar

500-560

29-32

30-35

3

25-35

40-80

В ряде случаев сварка титана и его сплавов выполняется в вакууме. Преимущество этого способа заключается в обеспечении высокой чистоты металла шва. В нем не остается примесей - газов и неметаллических включений.

Техника и режимы сварки должны обеспечивать устойчивое горение дуги с минимальным разбрызгиванием, что достигается при струйном переносе электродного металла Этот процесс осуществляется при определенном соотношении сварочного тока напряжения на дуге, скорости подачи электродной проволоки и вылета электрода.

Газовая защита

Качественное сварное соединение титановых сплавов получается только при надежной газовой защите сварного шва и участков основного металла, нагретых до 250-300°С.

Существуют 3 варианта защиты: струйная с использованием специальных приспособлений, местная в герметичных камерах малого объема и общая в камерах с контролируемой атмосферой (ВКС-1, ВУАС-1, УСБ-1).

Сварка титана в герметичной камере

Дополнительные защитные устройства изготовляют из нержавеющей стали. Внутри имеются рассекатели и газовые линзы. Насадка, прикрепляемая к газовой горелке для защиты кристаллизующейся сварочной ванны, должна быть шириной 40-50 мм и длиной 60-120 мм в зависимости от режима сварки. Для сварки трубчатых конструкций, кольцевых поворотных и неповоротных стыков применяют местные или малогабаритные защитные камеры.

Насадка для сварки титана

Подкладка для защиты корня шва

Качество зашиты определяют по внешнему виду металла шва. Серебристая или соломенного цвета поверхность шва свидетельствует о хорошей защите. Желто-голубой цвет сварного шва указывает на нарушение защиты, хотя в отдельных случаях такие швы считаются допустимыми. Темно-синий или синевато-серый цвет с пятнами серого налета характеризует плохое качество шва.