Технологические особенности сварки титана и его сплавов

Физико-химические свойства титана и сплавов на его основе оказывают значимое влияние на его свариваемость. Основными характеристиками элемента считаются высокий показатель активности титана к атмосферным газам (кислород, азот, водород) под влиянием высоких температур, рост зерен в момент нагревания, приобретение хрупкости при охлаждении сварного соединения.

Взаимодействие титана с атмосферными газами

Комнатная температура способствует образованию на поверхности изделия твердого слоя, предохраняющего титан от окисления. Это сопровождается изменением цвета поверхности от желтого до фиолетового, или белого фона. Посредством цвета шовной зоны можно определить защитные свойства металла во время сварки титановых сплавов.

Взаимодействие металла с азотом происходит при нагревании выше 550 °С, процесс способствует наращиванию прочности и твердости материала, и уменьшению его пластичности. Слой, насыщенный кислородом и азотом, полностью удаляется перед началом сварочных работ, так как его частицы, попадая в соединение, делают шов ломким и хрупким. Допустимое содержание кислорода достигает 0,15%; а азота – 0,05%.

Водород, активно поглощаемый титаном и его сплавами при температуре от 210 до 390 °С, оказывает отрицательное воздействие на свойства металла. Снижение количества водорода под воздействием высоких или низких температур приводит к появлению пор в материале. Через время возникают холодные трещины разрушающие соединение.

Высокий уровень защиты металла от насыщения газами, требуется не только для оплавленных участков, но и для твердых поверхностей нагретых от 400°С и выше. Обеспечить это можно применив флюсовые или металлические прокладки, специальные газовые подушки. Проверить степень защищенности материала можно по состоянию его поверхности после сварки: блестящее основание свидетельствует о надежной защите, серый налет или желто-голубые разводы сообщат о низком качестве соединения.

Способы сварки титана и титановых сплавов

Сварка титана и сплавов производится с помощью металлических присадок, имеющих состав максимально приближенный к основному материалу. Например, это может быть стальная проволока ВТ1-00, из которой также необходимо удалить водород. Для этого проволока подвергается диффузионному отжигу (вакуумному). Края обрабатываются методом плазменной или гидравлической резки. После механической подготовки, с кромки следует удалить металл, насыщенный газами во время процесса. Поверхность кромки и основания очищается методом травления или механическим способом.Наложение швов

Низкая теплопроводность металла, обуславливает характерную форму стыковых швов, получаемых при выполнении сварки в среде аргона плавящимся электродом. Глубокое проплавление, имеющее конусовидную форму, требует наложения дополнительных (глательных) швов, сопровождающих основное соединение. При соединении некоторых конструкций выполняется сварка в гелиевой среде, при которой получается шов, имеющий достаточно широкий захват.

Существует несколько способов сварки титана:

  • дуговая, с применением флюса, или в среде инертных газов посредством плавящихся и не плавящихся электродов;
  • электрошлаковое или электронно-лучевое соединение;
  • контактная.

Большой популярностью пользуется дуговой метод на открытом воздухе вольфрамовыми электродами посредством обычной аргонодуговой автоматической аппаратуры. В этом случае применяются специальные стальные прокладки или флюсы-пасты, способствующие подаче инертного газа на обратную сторону шва и уменьшающие пористость соединения.Не плавящийся электор

Выполняя электрошлаковую сварку необходимо использовать прокаленные при высокой температуре фторидные флюсы, а шлаковую ванну защитить аргоном. Структура шва при подобном соединении остается крупнозернистой.

Хорошая защита металла от газов и мелкозернистая структура шва обеспечивается в результате электронно-лучевой сварки, которая требует более тщательной сборки, чем при использовании других методов.

Применяя любой из способов сварки титана и его сплавов, нельзя допускать перегрев материала. Существует множество способов влияния на кристаллизацию материала, в результате применения которых, можно добиться мелкозернистой структуры шва и высокого качества сварного соединения.

Соединение стали с титаном

Сварка титана со сталью требует тщательного выбора сварочного материала, метода и режима сварки, которые будут способствовать уменьшению хрупкости шва. Получить положительный результат при контактном стыковом соединении невозможно. Поэтому обычно применяется соединение в аргоне при использовании вольфрамовых электродов, или дуговая сварка с наложением промежуточных материалов флюсов, стальных подкладок и прочего.

Наиболее удачным решением считаются комбинированные вставки из материала, в состав которого входит технический тантал и прокаленная бронза. Для этого применяется аргонодуговое устройство, с помощью которого соединяется не плавящимся электродом бронза и углеродистая (или аустенитная) сталь. Тантал соединяется с титаном в специальных камерах, оснащенных контролируемой атмосферой.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*