Технология сварки титана и его сплавов
Температура плавления титана 1668°С. Имеется около 20 сплавов
Марка |
Свариваемость |
Технологические особенности сварки |
BT1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1 |
Хорошая |
Зачистка кромок |
0Т4, ВТ5, ВТ5-1 |
Удовлетворительная |
|
ВТ6, ВТ3-1, ВТ9, ВТ14, ВТ16, ВТ20 |
Ограниченная |
Мягкий режим с малыми скоростями охлаждения |
ВТ22 |
Последующая термообработка |
|
ПТ-7М, ПТ-3В, ПТ-1М |
Хорошая |
Режим с высокой скоростью охлаждения |
Трудности при сварке
Высокая химическая активность металла при высокой температуре, особенно в расплавленном состоянии. Поэтому необходима надежная защита от воздуха не только сварочной ванны, но и остывающих участков шва и околошовной зоны, пока их температура не снизится до 250-300°С. Требуется защита и обратной стороны шва даже в том случае, если металл не расплавлялся, а только нагревался выше этой температуры.
Склонность титановых сплавов к росту зерна металла в нагретых до высоких температур участках. Это затрудняет выбор режима сварки - такого, при котором нагрев околошовной зоны был бы минимальным.
Высокая температура плавления титана требует применять концентрированные источники нагрева. Низкая теплопроводность титана приводит к снижению эффективности источника нагрева по сравнению со сваркой сталей.
Поры и холодные трещины сварных соединений титана возникают из-за вредных газовых примесей и водорода. Поэтому необходимо обеспечить чистоту основного металла и сварочных материалов, в том числе присадочной проволоки.
Вблизи точки плавления поверхностное натяжение титана в 1,5 раза выше, чем алюминия, что позволяет формировать корень шва на весу. Однако расплавленный металл обладает низкой вязкостью, и при некачественной сборке деталей могут образоваться прожоги.
ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА СВАРОЧНОЙ ВАННЫ
Существуют три варианта защиты:
- струйная с использованием специальных приспособлений
- местная в герметичных камерах малого объема
- общая в камерах с контролируемой атмосферой (ВКС-1, ВУАС-1, УСБ-1)
При аргонодуговой сварке титана W-электродом следует применять сварочные горелки с возможно большим газовым соплом, создающим обширную зону защиты. Поток аргона через сопло должен быть ламинарным, что достигается газовыми линзами, установленными внутри сопла. Расход газа в зависимости от режима сварки колеблется от 8 до 20 л/мин. Если сопло горелки не гарантирует надежной защиты, то его дополняют специальной насадкой, коробом или другим приспособлением. Дополнительные защитные устройства изготавливают из нержавеющей стали. Внутри имеются рассекатели и газовые линзы. Насадка, прикрепляемая к газовой горелке для защиты кристаллизующейся сварочной ванны, должна иметь ширину 40-50 мм и длину от 60-120 мм в зависимости от режима сварки. Для сварки трубчатых конструкций, кольцевых поворотных и неповоротных стыков применяют местные или малогабаритные защитные камеры.
1- дополнительная насадка; 2 - газовая линза
Качество защиты определяют по внешнему виду металла шва. Серебристая или соломенного цвета поверхность шва свидетельствует о хорошей защите. Желто-голубой цвет указывает на нарушение защиты, хотя в отдельных случаях такие швы считаются допустимыми. Темно-синий или синевато-серый цвет с пятнами серого налета характеризует низкое качество шва.
ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА НАГРЕТЫХ УЧАСТКОВ
Специальная подкладка для защиты корня шва, нагретого до 250-300°С
Защитные приспособления из нержавеющей стали для тавровых и угловых соединений
ЗАЩИТА ШВА ТРУБОПРОВОДА
Защита при приварке фланца
Защита при сварке секционных отводов
Подготовка к сварке
Резку титана и подготовку кромок под сварку выполняют механическим способом. Для толстостенных изделий пригодны и газотермические способы, но с обязательной последующей механической обработкой кромок на глубину не менее 3-5 мм и на ширину 15-20 мм. После этого кромки зачищают металлическими щетками, шабером и т.п. и обезжиривают. Конструкции, которые перед сваркой испытывали нагрев - при вальцовке, ковке, штамповке и т.д. - должны быть подвергнуты дробеструйной или гидропескоструйной очистке и затем химической обработке: рыхлению оксидной пленки, травлению и осветлению.
Режим химической обработки титана и его сплавов
Раствор |
Длительность обработки, мин |
|
Назначение |
Состав |
|
Рыхление оксидной пленки |
Нитрит натрия 150-200 г/л Углекислый натрий 500-700 г/л |
120 |
Травление |
Плавиковая кислота 220-300 мл/л Азотная кислота 480-550 мл/л |
60-1200 |
Осветление |
Азотная кислота 600-750 мл/л Плавиковая кислота 85-100 мл/л |
3-10 |
После этого свариваемые кромки промывают бензином на ширину 20 мм и протирают этиловым спиртом или ацетоном.
Сварочную проволоку предварительно подвергают вакуумному отжигу и обезжиривают ацетоном или спиртом. Окисленную часть удаляют кусачками. Поверхности, подготовленные к сварке, нельзя трогать незащищенными руками.
Выбор параметров режима
Сварку титана и его сплавов рекомендуется вести в отдельном помещении. Температура воздуха в нем должна быть не ниже + 15°С, а скорость его движения - не более 0,5 м/с.
Сварку выполняют на постоянном токе прямой полярности непрерывно горящей или импульсной дугой. Используют аргон высшего сорта и гелий высокой чистоты.
Сварочный ток выбирают в зависимости от толщины свариваемого изделия и диаметра W-электрода.
Техника сварки
Основное пространственное положение шва - нижнее. Ручную сварку ведут без колебательных движений горелкой, короткой дугой, "углом вперед" Проволоку подают непрерывно, угол между ней и горелкой поддерживают около 90°.
Как правило, в качестве присадка используют проволоку того же химического состава, что и основной металл (BTl-00св, ВТ20-1св и т.д.). Для большинства сплавов годится проволока марок СПТ-2 и СП-15.
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Вид разделки кромок |
Толщина металла, мм |
Сварочный ток, А |
Напряжение на дуге, В |
Диаметр присадка, мм |
Число проходов |
![]() |
1 2 |
40-60 70-90 |
10-14 |
1,2-1,5 1,5-2 |
1 |
![]() |
3 4 5 10 |
120-130 130-140 140-160 160-200 |
10-15 11-15 11-15 11-15 |
1,5-2 1.5-2 2-2,5 2-2,5 |
2 2 2-3 8-12 |
![]() |
12 16 20 |
180-210 200-230 230-280 |
12-16 13-16 13-16 |
2,5-3 |
12-16 16-20 24-26 |
![]() |
Более 20 |
230-280 |
13-16 |
2,5-3 |
Более 24 |
При толщине металла до 2,5 мм его сваривают за один проход без разделки кромок. При больших толщинах выполняют многослойные швы с разделкой кромок и обязательным использованием присадка. По окончании сварки или при случайном обрыве дуги аргон подают до тех пор, пока металл не остынет до 250-300°С.
Конструкции из титана и его сплавов толщиной 0,5-2,0 мм сваривают ручной импульсно-дуговой сваркой. Эффективность ее очевидна при различных пространственных положениях шва и для тех сплавов, где требуется минимальный нагрев околошовной зоны.
От размера свариваемых деталей зависит вариант защиты инертным газом.