[Сварка титана и его сплавов] — сложный процесс, так как прочный и легкий титан, раскаленный до 400°С, становится легко разрушаемым под действием паров азота и кислорода.
Сварка должна выполняться с соблюдением определенных условий, не допускающих воздействия на материал окружающей среды.
Сварка титанового материала и его сплавов бывает следующей: аргоно-дуговая, плазменно-дуговая, холодная и др. Рассмотрим основные технологии.
Аргонодуговая сварка и полуавтоматом
Сварка титана и сплавов аргоном и сварка полуавтоматом востребованы, так как позволяют выполнить сложную и тонкую обработку материала.
Технология представляет собой чистую и качественную сварку для любых материалов, особенно это касается тех, к которым не применима традиционная сварка.
При соблюдении всех условий и требований сварочный шов будет устойчив к коррозии, а при нарушении условий качество шва будет значительно ниже.
Аргон используется для поддува с целью защиты металла от среды.
Аргоном можно обрабатывать крупные изделия, небольшие детали из титана и сплавов.
Также сварка аргоном может работать от малого тока, благодаря этому возможна обработка металла толщиной 0,5 мм.
Аргоном восстанавливаются титановые изделия, утратившие объем.
Аргоно-дуговая сварка состоит из следующих операций:
- удаление оксидной пленки с обрабатываемого изделия, зачистка кромок газокислородом, поддува;
- изделия обрабатываются раствором фтора и соляной кислотой при 65°.
Чтобы исключить реакцию титана и сплавов с окружающей средой, рабочее место защищается с внешней и внутренней стороны.
Для этого используются стальные или медные прокладки, прижимаемые к шву. Еще используются защитные козырьки или специальные насадки.
Так же участок сварки с двух сторон защищается бескислородными флюсами с содержанием фтора. Если защита была обеспечена качественно, то на шве образуется оксидная пленка.
Перед работой титан очищается стальной щеткой от грязи и коррозии и обезжиривается растворителем. Крайне не рекомендуется сваривать необезжиренные элементы и работать с такими элементами без рукавиц.
Технология сварки титана и сплавов аргоном осуществляется на постоянном токе, выдаваемого специальным токопроводящим устройством – горелкой с керамическим соплом с электродом из вольфрама.
Видео:
Контактируя со сжатой электродугой, металлическая кромка начинает плавиться, в результате чего образуется ванна с температурой до 6000°.
Давление сжатой дуги обеспечивает оттеснение жидкого титана, и дуга горит в появившемся углублении, улучшая плавление.
Аргоно-дуговая технология основывается на применении источника питания постоянного тока DC прямой полярности, а для сварки полуавтоматом – обратной полярности.
Горелка снабжается датчиком дистанционного регулирования подачи тока для предотвращения нарушения процесса.
Аргон надежно защищает внутреннюю и наружную стороны рабочего места от влияния азота, водорода, кислорода, а также выполняет первичную защиту жидкой сварочной ванны, вторичную защиту кристаллизирующегося металла и пространства возле шва.
Для защиты жидкой сварочной ванны обязательным условием является правильно выбранная горелка, которая обязательно должна иметь керамическое сопло и газовую линзу.
И при работе полуавтоматом, и аргоном, если толщина обрабатываемого металла больше 15 мм, то потребуется присадочная проволока.
С тонким металлом сварка осуществляется без присадки и без зазора встык.
Видео:
Титан, толщина которого превышает 15 мм, сваривается дугой в один прием, тем самым обеспечивается ровный цельный шов, не нуждающийся в зачистке, герметичный, прочный и долговечный.
Для определения эффективности и расхода аргона делается пробный шов. Качественный шов будет серебристым, а синий или желтый оттенок говорит о преждевременном снятии аргона.
Для обеспечения защиты кристаллизирующегося титана и пространства около шва используется специальная насадка на горелку, которая обеспечивает равномерное распределение аргона внутри оборудования.
Перед сборкой заготовки участок шва подвергается абразивной обработке. Любые дефекты на шве, например, трещинки и заусенцы, должны отсутствовать.
Аргонодуговая сварка сплавов имеет определенные особенности, учитывая которые можно создать шов хорошего качества.
Предварительно необходимо продуть горелку, также должна быть продута защитная насадка и прокладка для оборотной стороны шва.
Поджигание сжатой электрической дуги осуществляется осциллятором. Для погашения сжатой электрической дуги достаточно плавно снизить силу тока.
Предварительно нагреть металл нужно в том случае, если присутствует влага. Длина электродуги без присадочной проволоки должна быть одинаковой по диаметру с электродом.
С проволокой длина электродуги должна составлять 1-1,5 диаметра электрода. Сварка аргоном и полуавтоматом представлена на видео в статье.
Холодный и плазменный метод
Холодная технология или холодная сварка подразумевает сваривание титана и его сплавов путем сдавливания.
Холодная сварка представляет разрушение кристаллической решетки, вместо которой возникает новая решетка посредством соединения слоев титана. Холодная сварка выполняется в твердом состоянии на улице.
Метод позволяет получить надежное соединение без сложных технологий, не используя различные непростые приспособления.
Холодная сварка белого титана отличается тем, что обработка производится под действием давления без внешнего нагрева. Холодная сварка может осуществляться при любой температуре воздуха.
Сварка листов производится внахлест со специальными фиксирующими зажимами, которые позже снимаются, и листы соединяются.
Сварка плазменной дугой характеризуется высокой температурой до 30000° и наличием плазмотрона – главной части технологии.
В связи с высокими показателями плавления, по сравнению с аргоно-дуговой сваркой, сварка плазменной дугой обладает следующими достоинствами:
- высокая производительность;
- тепловое воздействие только на зону шва;
- небольшое количество защитного газа;
- стабильное горение малоамперной электродуги;
- низкое влияние длины электродуги на качество шва.
Плазменная дуга возникает от плазмотрона. Есть 2 типа плазмотрона: с дугой прямого и косвенного действия.
Для первого плазмотрона характерно образование дуги между электродом из вольфрама, встроенным в газовую камеру и обрабатываемым титаном.
Сопло плазмотрона — электрически нейтральная часть, благодаря которой обеспечивается сжатие дуги.
Для данного типа плазмотрона характерно совмещение струи с дугой, благодаря чему обеспечивается высокотемпературный режим и тепловая мощность. Данная технология довольно популярна.
Создать электродугу между электродом и титаном непросто. Поэтому при подведении к титану плазмотрона, в первую очередь, нужно создать дугу между электродом и соплом, так называемую, дежурную дугу.
Затем соединяя дежурную дугу и факел титановой детали, автоматически образуется основная дуга между электродом и титаном.
Видео:
Для второго типа плазмотрона характерно создание электродуги между электродом и соплом.
В основном использование такого вида плазмотрона необходимо для нагрева, напыления и т.д.
Плазменная сварка с дугой применима для тонкого металла менее 1 мм, а также для сложных случаев, например, для сварки титана с легированной нержавейкой. Все работы по сварке титана и сплавов представлены на видео.
Возможные дефекты
При сварке титана, если она не производится лазером, возможны дефекты. Согласно ГОСТ, дефекты появляются из-за несоблюдения технических условий, нарушения технологии, после чего конструкция становится непригодной.
По ГОСТ дефекты бывают следующих видов:
- трещины;
- поры;
- твердые образования;
- несплавления;
- неправильный шов;
- иные дефекты.
Трещины-разрывы в шве или прилегающих местах, согласно ГОСТ, недопустимы, так как создается центр разрушения.
Образование разрывов объясняется высоким содержанием в расплавленном металле углерода, никеля, водорода, фосфора. При сварке лазером вероятность образования трещин сводится к нулю.
Для устранения трещин нужно засверлить концы дефекта, затем устранить трещину механическим путем и строжкой, после этого участок зачищается и заваривается.
Поры, согласно ГОСТ — это полости, заполненные газом. Образуются из-за высокого газообразования.
Место с порами нужно переварить, предварительно зачистив механическим путем, так как дефект ослабляет конструкцию.
Твердые включения по ГОСТ – это инородные металлические и неметаллические вещества в шве, снижающие прочность шва и концентрирующие напряжение, поэтому место с дефектом вырубают до здорового участка и удаляют строжкой, затем заваривают.
Видео:
Несплавления по ГОСТ — это отсутствие соединения между металлом и швом. Образуются при дуговой сварке из-за нерасплавления части кромки стыка.
Это может произойти, если неправильно выбрана форма угла, плохо зачищены кромки, неправильно выбран режим сварки. Такие дефекты снижают прочность шва. Место дефекта нужно вырубить, зачистить и вновь заварить.
Нарушение формы по ГОСТ — отклонение формы шва от установленных требований.
Причинами возникновения могут послужить колебания напряжения в сети, неправильный угол наклона и др. Последствием могут быть внутренние дефекты шва.
Для устранения место дефекта заваривается тонким швом электродом небольшого диаметра.
