Сварка титана и его сплавов

Титан обладает низкой прочностью и поэтому в чистом виде применяется крайне редко. А для конструктивных целей используют титан с примесями легирующих элементов, значительно увеличивающих его физико-механические свойства. Химическая активность титана под воздействием больших температур может привести к снижению его пластичности и конструкционной прочности, поэтому сварку выполняют с защитой от атмосферного воздействия. Защите подлежит не только сварочная ванна, но и все участки металла, которые подвергаются нагреву до температуры свыше 623°С.

Обладая низкими теплопроводными свойствами, титан достаточно длительное время поддерживает сварочную ванну в расплавленном состоянии при высокой температуре, что способствует росту зерна не только в сварном соединении, но и в околошовной зоне. Особенно отрицательно сказывается на качестве сварочного шва водород, который попадает в сварочную ванну вместе с адсорбированной влагой на свариваемых кромках и в присадочном материале. Взаимодействуя с кислородом, горячий титан окисляется, что способствует появлению в сварочном шве пор холодных трещин. Поэтому свойства сварных соединений напрямую зависят от качества защиты, подготовки свариваемых кромок и титановой проволоки, служащей присадочным материалом.

Подготовительный этап заключается в механической обработке свариваемых кромок или травлением раствором кислот. Свариваемые кромки зачищают механическими приспособлениями на ширину не менее 20-25 мм от границ разделки, после чего место сварки тщательно обезжиривают и протравливают. Для зачистки кромок
применяют вращающиеся металлические щетки, шаберы, шлифовальную шкурку и другие приспособления, позволяющие добиться необходимой чистоты поверхности. Для изготовления механических щеток применяют проволоку из нержавеющей стали диаметром 02-03 мм. Зачистку поверхностей осуществляют непосредственно перед сваркой или заблаговременно при условии надежной их защиты от внешних воздействий. Очищенная поверхность должна иметь серебристый оттенок, без трещин, вмятин, заусенец и надрывов.

Непосредственно перед сваркой кромки обезжиривают и протравливают следующим раствором: соляная кислота - 240 - 390 мл, азотная кислота - 35 - 60 мл, фтористый натрий - 50 г. В качестве обезжиривающего состава может служить ацетон, бензин марки Бр-1и другие растворители на основе ацетона. Поверхность сначала обрабатывают бензином, а после этого - ацетоном. В исключительных случаях допускается обезжирива-ние одним ацетоном.

Сварочную титановую проволоку подбирают согласно маркировке, которая наносится на упаковке или на специальных бирках. Различают следующие составы проволоки, используемой при сварке титана и его сплавов: ВТ1-00, ВТ1-00С (для сплавов ВТ1-00 и ВТ1-0), ОТ4-1 (для сплавов ОТ4), СПТ2 и ВТ2св (для сплавов ВТ5, ВТ6 и ВТ 15). Непосредственно перед сваркой проволоку обезжиривают, а при необходимости подвергают механической очистке, которую выполняют наждачной шкуркой зернистостью не выше № 12.

Допускается предварительное обезжиривание проволоки, которую сразу же следует защитить полиэтиленовой пленкой и хранить в специальных пеналах. В любом случае срок хранения обезжиренной проволоки не должен превышать 5 суток. Качество поверхности проволоки проверяют непосредственно перед сваркой при помощи чистой белой салфетки. Если на салфетке остаются следы загрязнений, то обезжиривание следует повторить.
Кромки деталей перед сваркой плотно сжимают между собой, следя за тем, чтобы на поверхность не попали жировые включения. Поэтому к подготовленным поверхностям нельзя касаться руками или грязной ветошью.

Сварку титана и его сплавов выполняют в ручном или автоматическом режимах с защитой сварочной ванны и околошовной зоны аргоном или инертным газом. Сварку ведут вольфрамовым электродом при постоянном источнике тока прямой полярности.

Существует несколько схем защиты сварочного шва, некоторые из которых показаны на рис.43. Для сварки ответственных изделий существуют специальные камеры с контролируемой атмосферой.

Сварку ведут без колебательных движений горелки, на короткой дуге углом вперед. Угол между электродом и присадочным материалом поддерживают в пределах 90°, а подачу проволоки ведут непрерывно. Чаще всего сварку выполняют «левым»    способом,    при    котором    ось вольфрамового электрода наклонена в сторону, противоположную направлению сварки.

Рис. 43 Схема сварных швов из титана и его сплавов
А — тавровое соединение; Б — нхлёточное соединение; В — угловое соединение; Г — стыковое соединение; Д — разрез зашитного приспособления; 1 — канал для поступления защитного газа; 2 — свариваемые детали; 3 — нсадка; 4 — сопло горелки; 5 — прижим; 6 — плиты конструкции приспособления; 7 — сетк; 8 — присадочная проволока.

Вылет электрода из сопла не должен превышать 5-7 мм. В труднодоступных местах вылет электрода может быть увеличен при условии надежной защиты сварочного шва.
Присадочный материал вводят в сварочную ванну навстречу сварочной горелке, не допуская вывода ее конца из зоны газовой защиты. Снятие защиты производят не ранее, чем при снижении температуры ниже 400°С. Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки титана и его сплавов приведены в таблице 17.

Защита сварочного шва считается качественной, если в зоне стыка отсутствуют следы окисления и металл имеет серебристый цвет. При некачественной защите на сварочном шве появляются следы побежалости. Титан, толщиной до 8 мм, можно сваривать без скоса кромок, более толстый металл сваривают погружной дугой.

Для снижения погонной энергии и сужения зоны термического влияния дополнительно к газовой защите используют флюсы АТН-21А , Атн-23А. Применение флюсов существенно повышает защиту и позволяет повысить качество сварного соединения за счет уменьшения пористости шва. Флюс наносят на свариваемые кромки непосредственно перед сваркой при помощи волосяной кисти толщиной 0,1-0,15 мм. Для того чтобы из пасты хорошо испарялся спирт, сварку выполняют при температура не ниже 15°С.

Сварка плавящимся электродом выполняется в автоматическом режиме током обратной полярности при мелкокапельном переносе металла.

Таблица 17. Режимы аргонодуговой сварки титана и его сплавов

 

Толщина свариваемого металла, мм	Диаметр, ми		Сила сварочного тока, А	Напряжение на дуге, В	Расход аргона, л/мин
	Вольфрамового электрода	Присадочной проволоки			В горелку	В насадку	Число проходов
0,5	1,5	1-1,5	15-20	8-10	6-8	2-4	1
1	1,5-2	1-1,5	40-60	8-10	6-8	2-4	1
1,5	1,5-2	1,5-2	60-60	10-12	8-10	2-4	1
2	2-2,5	1,5-2	80-100	10-12	10-12	4-6	1
3	2,5-3	2-3	120-140	10-12	10-12	4-6	1
4	2,5-3	2-3	140-160	12-14	12-14	6-8	2
6-10	3-4	2-3	160-180	12-14	12-14	6-8	4-8
12-16	3-4	3-4	180-240	14-16	14-16	10-12	10-14
18-24	3-4	3-4	240-280	14-16	14-16	10-12	18-24