Сварка титановых труб аргоном

Сварка титановых труб аргоном

Хорошим специалистом в области сварки может называть себя только тот мастер, который хотя бы теоретически знает главные нюансы основных ее видов. Вот почему стоит выяснить основные особенности техники сварки титана аргоном. Подобная работа сложнее, чем обыкновенные манипуляции с черными металлами и нержавеющей сталью.

Сварка титановых труб аргоном Сварка титановых труб аргоном

Актуальность сварки титана аргоном несомненна. Этот металл не только очень прочен и сравнительно инертен химически, но и относительно легок. Поэтому его используют во многих местах, и вероятность столкнуться с титановыми изделиями велика у любого сварщика.

Главная специфика работы с аргоном обусловлена его тугоплавкостью.

Сварка титановых труб аргоном Сварка титановых труб аргоном

Можно использовать только очень мощное оборудование.

Но высокая температура плавления титана и его основных сплавов не означают абсолютную устойчивость в любых условиях. После сильного нагрева такой металл будет крайне активно вбирать все газы из воздуха.

Именно подобное обстоятельство и заставляет применять сварку в среде устойчивых химически газов. Стоит учесть, что у титана есть 2 стабильные фазы.

В состоянии «альфа», наблюдающемся при нормальных условиях, характерна мелкозернистая структура.

Сварка титановых труб аргоном

Состояние «бета» наступает при прогреве до 880 градусов. В этот момент начинается заметный рост размеров зерна. Важно отметить, что титан становится тогда чувствителен к скорости охлаждения. Дополнительные трудности при сварке (кроме аргонодуговой) создают:

  • плотность титана;
  • его слабая теплопроводность;
  • опасность самовозгорания в кислородной оболочке при прогреве до 400 градусов;
  • окисление в присутствии углекислого газа;
  • вероятность появления хрупких азотистых веществ при 600 градусах и выше;
  • на 250 градусах — впитывание водорода.

Сварка титановых труб аргоном Сварка титановых труб аргоном

Преимуществами аргоновой сварки титана являются:

  • возможность сделать добротный шов;
  • применение сравнительно малых токов;
  • возможность нарастить толщину шва на проблемных участках;
  • пригодность для работы с большими и мелкими образцами в равной степени.

Предварительную очистку делают:

  • шаберами;
  • раствором фтора;
  • соляной кислотой;
  • газовой горелкой.

Сварка титановых труб аргоном Сварка титановых труб аргоном

Ключевым параметром при сварочных работах по титану является толщина обрабатываемого слоя. Если она составляет 0,8 мм, нужно брать электрод виз вольфрама сечением от 1 до 1,5 мм. На этот инструмент подается ток силой в средней 50 А и напряжением 9 В. За минуту горелка будет расходовать 6-8 л аргона. При этом скорость сваривания может достигать 18-25 м за час.

Если толщина металла увеличивается до 1,2 мм, то эти показатели составят соответственно:

  • 1,5 мм;
  • 55-65 А;
  • 10-12 В;
  • 6-8 л газа за минуту;
  • 18-22 м швов за час.

Толстый (3 мм) титан надо сваривать электродами диаметром 2,5-3 мм. Напряжение при этом составит 12-13 В. Сила тока равна 200-220 А. Скорость сварки можно увеличить до 20-22 м/с. Расход газа в горелке составляет от 9 до 12 л за минуту, а по обратной стороне от 3 до 4 л.

Ручная работа с титаном и сплавами на его основе производится только вольфрамовыми электродами. Для этого используют постоянный ток обратной полярности. Обязательно применяют оснастку для изоляции рабочих зон и прогретых областей. Если варят трубопроводы из титана, их наполняют аргоном изнутри.

До начала работы требуется готовить сварные кромки и присадки. Обязательно нужно отполировать (вычистить) все поверхности при помощи стальных щеток. Если таких щеток нет, применяют наждачную бумагу любой фракции. Дополнительно проводится обезжиривание. Для этой цели применяют спирт либо ацетон.

Снять оксидную пленку можно путем травления. Травящая смесь включает фтористоводородную кислоту (в исходной концентрации 2-4%) и азотную кислоту (в исходной концентрации 30-40%).

Температура рабочей смеси не может превышать 60 градусов. Предельное время обработки — 30 секунд.

Присадочные материалы любого типа не могут выходить за пределы защищенного газом объема; в противном случае они сильно засоряются.

При аргонной сварке титана можно применять подкладки из меди либо стали. В этих подкладках допускается прорезание отверстий для поступления газа.

В процессе работы с трубами используют фартуки с различной степенью закругления. Она определяется прежде всего диаметром трубы.

Если выполняется соединение встык либо внахлест по металлу не толще 3 мм, присадочная проволока необязательна.

Просто выставляют сопло большего диаметра и наращивают подачу газа. Варят титан строго на короткой электродуге. Присадочные прутки нужно подавать без перерыва. Важно: только метод проб и ошибок позволит сварщикам научиться правильно выполнять свою работу. Промахи на начальной стадии совершенно неизбежны.

Хороший шов должен иметь светло-серебристый окрас. Очень плохо, если он окрасился в черные и синие тона. Это означает засорение титана оксидами, нитридами, либо чистыми азотом и кислородом. Исправить подобный промах можно только полным перевариванием конструкции. Потому стоит повторить: правильная подача аргона — вот критически важный момент.

Подготовка к сварке непроста. Перед нею требуется на 100% убрать поверхность заготовки. В нем содержатся значительные количества атмосферных газов. Если они оттуда попадут встык, они ухудшат его качество. Толстые детали требуют разделывания кромок. Углы раскрытия должны составлять ровно 60 градусов.

Если намеченные к сварке детали подверглись ранее резке газовым или плазменным резаком, кромки отрезают чисто механически. Расстояние отреза равно как минимум 3-5 мм.

Очень важную роль играет защита корневого шва.

Без нее трудно обойтись даже в ситуациях, когда сварной стык не находится на поверхности с другого края. Ведь бурная реакция с обычным воздухом происходит уже при 300-400 градусах.

Изоляция производится:

  • плотно подогнанными подкладками из стали либо меди;
  • подкачкой нейтрализатора в особые проходы внутри подкладок;
  • закачиванием аргона во внутреннюю часть свариваемой конструкции.

Сваривание толстых конструкций без прикрытия с оборотной стороны выполняется при помощи коротких швов. Их длина не превышает 1,5-2 см. Обязательно делают перерывы для охлаждения. Температура в комнатах, где варят титан, ограничена 15 градусами. Предельный темп перемещения воздуха составляет 0,5 м/с.

Варить титан в аргоновой среде вручную целесообразно, когда делаются какие-то уникальные вещи. Этот подход применяют и организаторы мелкосерийных производств.

В обоих случаях подразумевается, что запрограммировать автомат на те же задачи невозможно, а особого выигрыша при использовании полуавтоматов нет. Если толщина листа не превышает 3 мм, зазор обычно делают 0,5-1,5 мм.

Необходимости в добавлении присадки нет.

Работая с электродом, нужно двигать его строго прямо, не отклоняя в стороны. При этом обязателен наклон вперед по направлению шва. Когда используется электрод 1,5 мм сечением и присадочная проволока на 2 мм, можно уверенно обрабатывать даже листы толщиной до 2 мм. Сила тока при этом составляет 100 А. К сведению: при толщине листа 3 или 4 мм нужно поднять силу тока до 140 А.

Когда шов завершен и дуга отключена, подачу защищающего газа сразу останавливать нельзя! Она должна продолжаться еще не менее 1,5-2 минут. Только тогда можно гарантировать охлаждение последнего обрабатывавшегося участка примерно до 400 градусов. В подобном режиме можно уже не опасаться возникновения вредных окислов. Иначе работают при использовании автоматических установок.

В этом случае также берут вольфрамовые электроды. Но подавать на них надо строго постоянный ток.

При использовании неплавящихся инструментов предпочтителен ток прямой полярности.

Сопла газовой защитной горелки должны иметь диаметр от 1,2 до 1,5 см. Разжигать и гасить дугу надо не на самих деталях, а на находящихся рядом планках, в противном случае начальные и конечные рывки напряжения могут проплавить обрабатываемое изделие.

Аргонная сварка титана позволяет применять почти все сварочные аппараты, отличающиеся жесткой вольт-амперной характеристикой. Нормальная сила тока должна достигать 140 А.

Как уже говорилось, предпочтительны электроды из вольфрама. Часто практикуется струйная защита, когда поток газа ориентируют при помощи сопел и отражателей.

Альтернативное решение подразумевает использование камер, наполненных газом и отличающихся герметичным устройством.

Для работы в этих камерах применяют промышленные манипуляторы. Разумеется, это сильно усложняет и удорожает сварку. Применять подобный метод за пределами индустриальных цехов практически невозможно.

На крупных производствах применяют полностью герметизированные камеры большого размера. Атмосфера внутри них контролируется очень тщательно.

Находящиеся внутри сварщики используют специальные защитные костюмы.

Что касается электродов, то теоретически допустимы любые вольфрамовые инструменты. Однако не все из них гарантируют одинаковое качество соединений и приличную стабильность дуги. Больше других подходят лантанированные приспособления с маркировкой ЭВЛ либо WL. Рабочий наконечник электрода требуется заточить под углом строго от 30 до 45 градусов.

Присадочная проволока (пруток) может делаться из титана различных типов. Чтобы шов не насыщался водородом, присутствующим в сварочном прутке, изделие обрабатывают дополнительно, обжигая в вакууме. Такая процедура гарантированно удалит даже небольшие следы водорода.

Важно: присадочную проволоку также очищают от окислов и обезжиривают.

Оценивая потребность в аргоне, стоит учитывать, что толстостенные конструкции можно варить и без защиты задней стороны (но только при поверхностном формировании шва и слабом прогреве всего изделия в целом).

При нормальной работе прочность шва составляет до 80% от крепости необработанного металла. Но при наличии деформаций она может понизиться на 40, на 60% и даже больше. Частыми проблемами являются образование пор и холодное растрескивание. Пористость усиливается в присутствии газовых примесей. Самой опасной из них является водород.

Предотвратить такую проблему помогает обеспечение чистоты сварочного материала и тщательный выбор рабочего режима.

Читайте также:  Цинкование кузова легкового автомобиля в домашних условиях

Холодные трещины в основном возникают из-за того же водорода, вернее, из-за провоцируемого им ослабления металла, повышения хрупкости.

Растрескивание может происходить как немедленно после сварочных работ, так и спустя долгое время. Судить надежность газовой защиты помогает окрас шва. В идеале этот шов должен иметь серебристый цвет.

Чуть хуже обстоят дела, когда свариваемая плоскость окрашена в светлый соломенный тон. Это означает, что нарушения защиты допущены, но они не слишком существенны.

Недопустимы швы голубого, коричневого, сероватого цвета. Каких-либо других тонкостей в бытовой практике нет.

А вот в промышленности могут проводиться исследования неразрушающими методами, выявляющие раковины и другие внутренние деформации.

Видео о сварке титана аргоном для новичка ниже.

Сварка титана – описание технологии и пошаговая инструкция

17.02.2016

Данный металл не относится к категории редких. В земной коре его значительно больше, чем, к примеру, свинца, цинка или меди. В титане удачно сочетаются небольшая плотность и прочность сплавов на его основе, а если учесть стойкость перед коррозией даже в агрессивной среде, то интерес к нему во многих отраслях промышленности вполне понятен.

Высокая цена на Ti (22-й элемент таблицы Менделеева) объясняется тем, что его обработка – процесс довольно сложный и затратный. Эта статья познакомит читателя с технологиями сварки титана.

Общая информация

  • Не зная свойств и особенностей металла и его сплавов, понять все нюансы сварки достаточно сложно.
  • Сварка титановых труб аргоном
  • Плотность титана (г/см³) – 4,51.
  • Прочность (МПа): металла – в пределах 267 – 337, сплавов – до 1 230.
  • Температура плавления (ºС): 1668.

Специфические свойства металла

  • Способность титана к самовозгоранию в кислородной среде.
  • Низкая теплопроводность.
  • Превышение значения температуры более 400 ºС инициирует активность металла.
  • Титан интенсивно поглощает водород и бурно реагирует на контакт с азотом.
  • Под воздействием углекислого газа, паров воды быстро окисляется.

Сварка титановых труб аргоном

Кроме этого, необходимо учитывать и то, что металл может находиться в одной из двух стабильных фаз, которые обозначают латинскими буквами α и β. Чем они характеризуются?

  • Фаза α – в таком состоянии титан находится при температуре окружающей среды. Структура – мелкозернистая, и металл полностью инертен к скорости охлаждения.
  • Фаза β – в такое состояние титан переходит при температуре от 880 ºС. Зерно становится крупнее, и появляется чувствительность к охлаждению (скорости процесса).
  1. Указанные фазы можно стабилизировать, введя в металл определенные добавки и легирующие элементы – O, N, Al (для α) или V, Cr, Mn (для β). Поэтому титановые сплавы, в зависимости от вида присадок, делятся на группы:
  •  ВТ1 – ВТ5.1  Их называют α – сплавы. Обладают пластичностью, хорошо свариваются, однако термообработка не повышает их прочность.
  •  ВТ 15 – 22.  Группа β – сплавов свариваются намного хуже, причем возможно появление холодных трещин. Размеры зерен структуры при этом увеличиваются, а это отражается на качестве соединения сегментов в худшую сторону. Плюс в том, что термообработка частично повышает прочность сплава.
  •  ВТ4 – 8, ОТ4.  Группа α + β, по сути, промежуточное звено. Свойства таких сплавов во многом определяются видом и процентным содержанием введенных добавок.

Сварка титановых труб аргоном

Основные способы сварки титана

Не все распространенные технологии применимы к этому металлу и его сплавам. Главная причина – химическая активность титана. Попадание в рабочую зону инородных соединений (нитридов, оксидов, карбидов) резко снижают качество шва.

Используемые для сварки титана методики

  • Дуговым флюсом.
  • Холодная.
  • Электронным лучом (плазменно-дуговая).
  • В среде аргона. Наиболее популярный вариант, хотя есть и некоторые другие.

Особенности сварки титана

  • Высокая скорость технологической операции. Это связано с тем, что длительное термическое воздействие на отдельном участке приводит к изменению структуры материала из-за увеличения размера зерен. Как следствие – металл становится ломким (хрупким).
  • Полная изоляция от атмосферы. Причем не только рабочей зоны (сварочной ванны), но и тех участков, которые разогреваются до +625 (и более) ºС.

Сварка титановых труб аргоном

Сварка титана (сплавов) аргоном

Преимущества:

  • Высокое качество сварного соединения.
  • Работа на малых токах. Следовательно, можно сваривать детали небольшой толщины (тонкостенные), так как вероятность прожога практически исключена.
  • Возможность наращивания объема детали на дефектных участках (например, в местах образования раковин).
  • Получение шва с любыми параметрами, что позволяет обрабатывать (соединять) как крупногабаритные образцы, так и сравнительно мелкие.

Подготовка свариваемых образцов (кромок)

Сварка титановых труб аргономМеханическая обработка и обезжиривание, при необходимости – травление кислотой. Задача – полное удаление пленки оксидов примерно на 20 мм от подлежащих соединению кромок. Специфика в том, что вся работа должна проводиться в защитных перчатках (рукавицах). Касание деталей руками недопустимо из-за возможного загрязнения сплава.

Если механической очистки недостаточно, то прибегают к газокислородной (с помощью горелки).

Что можно использовать:

  • Наждачная бумага.
  • Шаберы.
  • Щетки металлические с проволокой из «нержавейки» сечением 0,25 (±5) мм или иные подходящие приспособления (абразивные материалы).
  • Раствор фтора, кислота соляная (подогретые до 60 – 65 ºС).

Сварка титановых труб аргономКритерии оценки качества подготовки

  • Отсутствие на образце заусениц, трещин, вкраплений и так далее.
  • Ровный серебристый оттенок титанового сплава.

Проволока

Она выбирается в соответствии с группой сплава, подлежащего сварке (см. выше). На бирке (или упаковке) обязательно есть необходимая информация, так как вся продукция маркируется.

Перед применением проволока зачищается (если необходимо, шкуркой не выше № 12) и обезжиривается. Ее можно готовить и заранее, но в этом случае она герметизируется (например, заворачивается в п/э) и помещается в плотно закрывающийся пенал (тубу). Но хранение в таких условиях – не более 5 суток.

Горелка

Для сварки титана любая не подходит. Используются модели с соплом из керамики и специальной (газовой) линзой.

Процесс сварки

Условия

  • Электрод – вольфрамовый.
  • Ток – постоянный, прямой полярности.
  • Подача проволоки – непрерывная.

Сварку титана вручную возможна, если получается организовать местную защиту рабочей зоны. Вспоминаем – металл довольно быстро окисляется.

Предохранение от этого лицевой стороны обеспечивается газовой струей (аргон + гелий). А как быть с тыльной? Наиболее распространенный вариант – накладки из меди или стали, которые плотно прижимаются к месту стыка свариваемых кромок.

Но это применимо, если обрабатываются детали простой конфигурации.

Сложные в этом плане образцы, когда шов довольно часто меняет направление, свариваются в специальных камерах, в режиме полу- или полностью автоматическом. В таком закрытом объеме можно контролировать и поддерживать на необходимом уровне газовую среду. Предварительно рабочие камеры вакууммируются, после чего заполняются аргоном. Мастер ведет сварку в специальном скафандре.

Сварка титановых труб аргоном

Перед началом операции проверяется качество очистки кромок. Достаточно провести по участкам будущей рабочей зоны салфеткой или тряпочкой белого цвета, чтобы понять, необходима ли еще одна, дополнительная, «финишная» подготовка металла.

Сварка ведется встык, присадка используется лишь для образцов с толщиной стенок более 1,5 мм. Сечение плавящейся проволоки, которая при этом применяется – от 1,2 до 1,8 мм. Защитная среда несколько иная – аргона меньше (порядка 20%), а гелия больше (соответственно, около 80%). Хотя эти данные – приблизительные. Этим обеспечивается снижение пористости и получение более широкого шва.

Результат работы визуально оценить несложно. Серебристый оттенок – шов хороший, желтоватый или с синевой – качество не на высоте.

Сварка титановых труб аргоном

Остается добавить, что при сварке титана, равно как и других металлов и сплавов, должны неукоснительно выполняться все требования по ТБ.

Автор надеется, что эта статья окажется полезной для читателя. Успехов в сварочном деле!

Как варить титан в среде аргона? Премудрости аргонодуговой сварки

Аргонная сварка титана требует соблюдения некоторых технических условий. Рассмотрим эти нюансы!

При сварке титановых изделий, зону соединения рекомендуется надежно защищать от атмосферного воздуха. В защите нуждаются — сварочная ванна и участки металла нагретые свыше 400 градусов.

Титан соприкасаясь с кислородом и азотом при нагреве до высоких температур становится хрупким. Поэтому для защиты зоны сварки от окисления и азотирования на горелку устанавливают специальные приспособления.

Ниже на фото показаны приспособления для защиты вспомогательного газа и подачи аргона в повышенном количестве.

Сварка титановых труб аргоном

Подготовка материала

Сварка аргоном титана выполняется только после подготовки сварных кромок и присадки. Для наглядности таблица разделки кромок.

Сварка титановых труб аргоном

Перед работой, нужно провести полировку (зачистку) поверхности изделий стальной щеткой, наждачной бумагой и обезжирить ацетоном, спиртом.

Для удаления оксидной пленки, можно приготовить смесь из 2-4% фтористоводородной кислоты и 30-40% азотной кислоты. Травление производится в течение 30 секунд, температура травления не более 60 градусов.

Сварка титана в среде защитного газа нуждается в присадочных материалах. Которые подразделяются по составу (палладий, ванадий, алюминий) и по содержанию кислорода. Таблица (ниже) с характеристиками присадок из титана и его сплава.

Сварка титановых труб аргоном

Присадочные прутки и проволока во время сварки в аргоне, не должны выходить за пределы защитного газа. Потому что при соприкосновении с воздухом титановые присадки загрязняются.

Читайте также:  Как обыграть трубу отопления в детской комнате

Технология сварки титана аргоном

Аргонодуговая сварка титана выполняется на постоянном токе прямой полярности. Электроды используются вольфрамовые. Как варить правильно?

В отдельных случаях аргонодуговая сварка титана нуждается в специальных приспособлениях, в которые поступает инертный газ вытесняя воздух. Эти принадлежности могут быть любой формы и размеров, смотрите схемы вначале статьи.

Также сварка аргоном титана возможна с использованием медных или стальных подкладок. В которых можно вырезать отверстия для подачи газа.

Для соединения труб применяют специальные фартуки с разным закруглением, зависит от диаметра трубы.

Сварка титановых труб аргономПриспособление (фартук) для труб одевается на горелку

Видео: аргонная сварка титана (труб) с фартуком.

При соединении встык или внахлест, толщина металла до 3 мм можно не использовать присадочную проволоку. Просто ставится сопло по диаметру побольше и увеличивается подача аргона.

Чтобы сварка титана в домашней мастерской проходила более качественно и быстрее, посмотрите в таблице основные режимы аргонодугового соединения.

Сварка титановых труб аргоном

Варить титан необходимо на короткой дуге, без колебательный движений. Подача присадочного прута происходит беспрерывно. Всё познается на практике, методом проб и ошибок.

Подачу газа после гашения дуги для остывания металла рекомендуется ещё продолжать в течение минуты. Это действие предотвратит сварной шов от окисления.

Качественный шов должен получится светлым и серебристым. Если ваше творение имеет черный цвет и синеву, значит шов получил загрязнение кислородом или азотом. В таких случаях, изделие требуется переварить.

Видео: аргонная сварка титана (советы и рекомендации от профи).

https://www.youtube.com/watch?v=OWpBz-eTpSY

P.S. Теперь сварка титана в среде аргона вам по плечу. Смотрите таблицы, видео и дерзайте. Только практика поможет овладеть сварочными премудростями. Удачи!

Правила сварки титановых сплавов

Титан — редкоземельный металл серебристого цвета, с характерным отливом. Используется как основа для создания различных сплавов с высокими прочностными характеристиками.

В чистом виде из-за низкой температуры плавления (640 °C) применяется очень редко, поэтому в обиходе под титановыми изделиями подразумевают обычно изделия из его сплавов. Особенность физических свойств потребует специфического подхода при сварке титана.

Титановые сплавы

Сплавы титана имеют температуру плавления от 1470 до 1825 °C, в зависимости от марки.

Они обладают выгодным сочетанием легкости (благодаря малой плотности) и высокой прочности, поэтому часто применяются для изготовления таких конструкций, как велосипедные рамы и детали скоростных автомобилей.

Сварка титановых сплавов — сложный технологический процесс, поскольку эти материалы имеют ряд специфических свойств.

Сварка титановых труб аргоном

Далее под словом «титан» будут подразумеваться именно сплавы титана с легирующими присадками — хромом, железом, молибденом, ванадием, вольфрамом и другими.

Свойства материала

У титана есть несколько особых свойств, которыми обусловлена сложность сварки конструкций из этого металла. В их числе:

  • невысокая теплопроводность;
  • склонность к самовозгоранию при нагреве до 400 °C и контакте с кислородом;
  • окисление под воздействием углекислоты;
  • образование нитридных соединений при нагреве до 600 °C и прямом контакте с азотом, твердых, но хрупких;
  • склонность к поглощению водорода при нагреве до 250 °C;
  • изменение структуры (увеличение зерна) при нагреве свыше 880 °C.

Для титана критично повышение температуры уже свыше 400-500 °C. При таком нагреве у него резко повышается химическая активность, и титан начинает взаимодействовать с атмосферным воздухом, который оказывает на шов сварки губительное воздействие.

При этом могут образовываться гидриды, нитриды, карбиды и другие соединения, которые нарушают прочность сварного шва. Существенное нарушение технологии, несоблюдение требований ГОСТ может привести к тому, что приваренная деталь просто отвалится от легкого удара.

Если сварка проводилась в соответствии с нормативами, то прочность шва будет находиться в пределах 0,6 — 0,8 от прочности свариваемого металла.

На сварку и сварные соединения из титана распространяется ГОСТ Р ИСО под номером 5817-2009. Он устанавливает уровни качества при сварке разных металлов — стали, титана и никеля, в том числе их сплавов и определяет максимально допустимые уровни дефектов готового изделия.

Как подготавливают детали

Сварка титановых труб аргономДля сварки титана необходимо полностью изолировать свариваемые поверхности от атмосферы, поэтому, как правило, используют автоматическую или полуавтоматическую сварку.

Ручная сварка титана возможна, но только если используется специальная сварочная горелка с керамическим соплом, через которую на свариваемые участки подается под давлением инертный газ — аргон, который вытесняет воздух.

При этом обратная сторона шва должна быть изолирована от атмосферы плотно прилегающими стальными либо медными накладками. Для обеспечения наилучшего качества шва используют перфорированные накладки, в отверстия которых подается аргон.

В случае полуавтоматической или автоматической сварки она проводится в специальной капсуле, заполненной аргоном либо гелием. Сварка титановых труб может производиться без помещения трубы в защитную газовую среду целиком, но при этом сама труба должна быть герметизирована и заполнена аргоном изнутри.

Другим важным нюансом является зачистка и обезжиривание свариваемых поверхностей на 20 мм от линии стыка. Необходимо удалить оксидную пленку, которая всегда присутствует на поверхности титанового изделия.

Работать необходимо в перчатках, поскольку руки, даже чистые, могут оставить на кромке потожировые следы, которые приведут к ухудшению сварного шва.

Перед сваркой титан дополнительно подвергают травлению с использованием смеси соляной кислоты с водой и фторидом натрия — 350 мл HCl, 650 мл дистиллированной воды, 50 г фторида натрия. Температура травления — 60-65 °C, время — около 10 минут.

После травления титан подвергают тщательной шлифовке. Для механической обработки используют наждачную бумагу до № 12, проволочные щетки, шаберы. Необходимо удостовериться, что края свариваемых деталей ровные, на них отсутствуют заусенцы и трещины. Точно так же зачищается и присадочная проволока. Только после этого можно приступать к сварке титана.

Какие методы применяют

Сварка титановых труб аргономДля сварки титана можно использовать как «холодный» метод, так метод дугового флюса либо плазменно-дуговую сварку.

Но самым популярным считается метод сварки титана аргоном, то есть плавлением в изолированной аргоновой среде, который был частично описан выше. Детали крупного сечения соединяют методом электрошлаковой сварки.

Многое зависит от вида сплава. Титан марки ВТ1-ВТ5 сваривается очень хорошо, хотя не подлежит закалке. Сплавы ВТ15 — ВТ22 свариваются значительно хуже, образуя крупнозернистый шов низкой прочности, но при этом закалка может повысить его прочность. Остальные виды титановых сплавов — промежуточные.

Возможны следующие виды контактной сварки:

  • стыковая;
  • точечная;
  • роликовая;
  • конденсаторная стыковая (для труб).

При аргоновой сварке с флюсом применяется бескислородный флюс АН-11 или АН-Т2.

Ручной процесс

Сварка сплавов с титаном (в общем случае) производится постоянным током, полярность прямая. Ток зависит от толщины соединяемых деталей, калибра электрода и диаметра присадочной проволоки, изменяется в диапазоне 90-200 А.

Чем выше толщина металла, тем больший подается ток. Так, детали толщиной 2 мм соединяются при токе 90 А, 3-4 мм — 130-140 А, 10 мм — 160-200 А. Рекомендуется использовать минимальный ток из возможных. Напряжение всегда одинаково — 10-15 В.

Электроды

Используются неплавящиеся электроды из вольфрама, которые перед началом работы затачиваются под углом 30-45 °C (как у карандаша). Чем больше угол заточки, тем меньше глубина проплавления.

Сварка титановых труб аргоном

При интенсивном использовании электрод нужно будет снова заточить, как только он затупится. Рекомендуются электроды, содержащие оксид лантана, так как их несущая способность на 50% выше, чем у изделий из чистого вольфрама. Благодаря этому сварной шов будет менее загрязнен вольфрамом, чище, а значит — прочнее.

Проволока

Присадочная проволока — это проволока из титана соответствующего сплава, она подбирается конкретно к свариваемым деталям по специальным таблицам. Проволоку стоит отжигать под вакуумом для удаления водорода, который может присутствовать в сплаве, и в любом случае необходимо зачищать от окислов. Зачищенная проволока хранится в герметичной тубе не более 5 дней.

Если сваривают металл толщиной не более 1,5 мм стыковым методом, то применять проволоку необязательно. Шов без присадки будет даже прочнее.

Особенности технологии

При сварке выдерживается постоянная скорость движения электрода и обеспечивается непрерывная подача присадки. Скорость электрода должна составлять пример 2-2,5 мм/сек. Необходимо выдерживать высокую точность движений, избегать колебаний и уводов электрода в сторону. Электрод должен касаться шва как бы снизу вверх, сварка идет «вперед углом».

  • Во время всего процесса и около минуты после отключения горелки на свежий шов необходимо продолжать подавать защитный газ, пока температура шва не опустится ниже 400 °C.
  • В зоне сварки аргон расходуется со скоростью 5-8 литров в минуту, на оборотной стороне шва — 2 литра в минуту.
  • Сварка титановых труб аргономПри сварке титановых труб их концы герметизируются, а инертный газ — аргон, реже гелий — закачивается внутрь при помощи специального насоса.

В домашних условиях, при отсутствии такого оборудования сварить титановые трубы невозможно. Исключение — конденсаторная стыковая сварка труб из титана марки ВТ1-ВТ2, диаметром не более 23 мм и толщиной стенок не более 1,5 мм.

Читайте также:  Фитинги краны для полиэтиленовых труб

Их можно сваривать вне защитной газовой среды, но только конденсаторным способом, при высоком зарядном напряжении — 850-2100 В.

Контроль качества

Получившийся шов должен иметь ровный серебристый цвет и не иметь никаких трещин и пор. Если шов получился желтоватым — качество сварки среднее, но удовлетворительное.

Любые другие цвета — серый, коричневый, ярко-золотистый, даже голубой и фиолетовый с переливами — говорят о том, что технология сварки была нарушена, и материал шва содержит ненужные примеси, образовавшиеся при контакте раскаленного титана с атмосферным воздухом. Такое соединение непрочно и может разрушиться при малейшем усилии.

Сварка титана и его сплавов аргоном: особенности, технология процесса и необходимое оборудование

Титан и его сплавы нашли широкое применение в самых ответственных отраслях современного машиностроения, благодаря их низкой массе, высокой прочности и стойкости к агрессивным химическим средам.

Особенности сварки титана и его сплавов

В то же время сварка этих материалов сильно затруднена, что объясняется рядом их свойств:

  • высокая температура плавления (1470-1825℃);
  • склонность к увеличению размеров кристаллов и появлению пор при температурах более 880℃;
  • окисление металла атмосферным воздухом, высокая химическая активность всех зон, температура которых превышает 400℃;
  • сплавы, содержащие железо, хром, марганец, молибден, вольфрам или ванадий, склонны к закалке и обладают низкой пластичностью, в ряде случаев после сварки требуется их отжиг.

Эти факторы обусловили необходимость сварки титана и его сплавов в защитных газовых средах, в первую очередь, аргоновой и гелиевой. Кроме того, одной из главных задач сварочного оборудования, задействованного в работе с данными металлами, является минимизация времени и площади термического воздействия как на шов, так и на прилежащие к нему зоны.

Вне зависимости от использованного вида сварки и технологического процесса прочность шва по отношению к прочности основного металла не превышает 80%, что нужно учитывать при проектировании титановых конструкций.

В настоящее время ведется поиск более эффективных методов соединения материала.

Подготовка титана и его сплавов под сварку

Процесс изготовления любых полуфабрикатов и заготовок из титана и его сплавов связан с термической обработкой металла. Это значит, что на поверхности изделий содержится плотная оксидно-нитридная пленка, без разрушения которой сварочные работы будут невозможны или неэффективны. Поэтому процесс подготовки к сварке имеет такую последовательность:

  1. Подгонка заготовок, кромкование в случае необходимости.
  2. Механическая обработка (шлифование) подготовленных кромок, а также прилегающих к ним поверхностей.
  3. Химическая обработка стыка. Для растворения остаточных пленок используется смесь дистиллированной воды, соляной кислоты и фторида натрия в пропорции 13:7:1. Время воздействия на металл составляет 5-10 минут, необходимая температура – около 60℃.
  4. Окончательная обработка. Непосредственно перед сваркой стык и прилегающие к нему зоны (шириной до 25 мм) зачищают металлической щеткой до характерного блеска, после чего обезжиривают спиртосодержащими составами.

Правильно проведенные подготовительные операции сводят к минимуму вероятность появления полостей в сварочном шве, его растрескивание или разрушение под нагрузкой, позволяют сформировать однородную устойчивую сварочную ванну.

Основные способы сварки материала

Из-за необходимости защиты шва от вредоносного воздействия окружающего воздуха, а также в связи со склонностью титана и титановых сплавов терять прочность при длительном термическом воздействии широкое распространение получили лишь такие виды сварки материала:

  • электродуговая в защитной газовой среде – предполагает быструю проварку шва неплавящимся или плавящимся электродом в камере, заполненной аргоном, гелием или другими инертными газами;
  • электрошлаковая сварка – обеспечивает защиту шва тугоплавкими фтористыми флюсами, плавление которых осуществляется низковольтным переменным током;
  • электронно-лучевая и лазерная технологии – позволяют проводить сварку в полностью изолированной безвоздушной среде при отсутствии прямого контакта с заготовками, высокая концентрация тепловой энергии гарантирует быструю проплавку и малую ширину шва;
  • альтернативные виды – включают сварку титана и его сплавов давлением, трением, взрывом и прочими способами, предполагающими взаимопроникновение стыкуемых поверхностей под действием механических сил.

Ограниченно применяются дуговая сварка под флюсом и контактная точечная сварка титана. Среди их преимуществ – относительная простота, дешевизна и низкая трудоемкость технологий, но качество шва значительно уступает рассмотренным выше методам.

В машиностроении распространена практика сварки изделий из титана или титановых сплавов со сталью. Она осложнена вероятностью возникновения хрупких химических соединений – титанидов железа (FeTi и Fe2Ti).

Проблема решается выбором особых режимов проварки шва в среде аргона вольфрамовым электродом, а также методом комбинированных вставок, когда между заготовкой из титана и заготовкой из стали помещается прослойка из бронзы или тантала.

Особо сложные соединения требуют совместного использования бронзы и ниобия, которые соединяют в камере с контролируемой атмосферой.

Технология сварки титана аргоном

Аргонодуговая сварка титана и его сплавов приобрела наибольшую популярность ввиду оптимального соотношения доступности технологического процесса и качества получаемых швов. Она широко используется как в массовом производстве деталей из титановых заготовок, так и в частных случаях.

Необходимое оборудование

Технология допускает использование любого электродугового сварочного аппарата, способного обеспечить жесткую вольт-амперную характеристику (обычно сила тока составляет не менее 140 А).

Используются вольфрамовые электроды, особенности которых рассмотрены ниже.

Поскольку свойства металла требуют непрерывной защиты стыка инертными газами, особую сложность представляет именно равномерная подача газа с необходимой интенсивностью.

Распространены три способа газовой защиты:

  • струйная – аргон подается в зону сварки направленной струей через специализированные сопла и отражатели, вытесняя атмосферный воздух;
  • местная – предполагает использование небольших герметичных камер, заполненных газом, работать в которых можно через гибкие рукава-манипуляторы;
  • полная – промышленный способ, при котором заготовки размещаются в камере с контролируемой атмосферой (например, УБС-1, ВКС-1, ВУАС-1), требует использования сварочного костюма-скафандра.

Важно помнить, что защите должна подвергаться не только сварочная ванна, но и обратная стороны стыка, а также все прилегающие к ним зоны, которые нагреваются до высоких температур в процессе сварки.

Выбор электродов

Для аргонодуговой сварки титана и титановых сплавов используют вольфрамовые электроды малого диаметра.

Если толщина стыка не превышает 3 мм, применяются электроды диаметром 1,5-2,0 мм без присадочного материала. Во всех остальных случаях толщина электрода соответствует толщине стыка, использование присадочной проволоки обязательно.

При первых же признаках износа или повреждения электрод заменяют. Работа неисправным электродом не только отрицательно сказывается на технических характеристиках сварочных швов, чувствительных к режиму проведения работ, но и может быть небезопасной для сварщика.

Сварка титановых труб аргономПримерная стоимость вольфрамовых электродов на Яндекс.маркет

Присадочная проволока

Выбор присадочного материала зависит от марки титана или сплава, толщины заготовок, толщины электрода, параметров сварки, эффективности принятого метода защиты стыка от атмосферного воздуха. В большинстве случаев можно руководствоваться этой таблицей:

Марка материала Марка присадочной проволоки
ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ5, ВТ5-1 ВТ1-00св, ВТ2, ВТ2В, ВТ20-1св, ВТ20-2св
ВТ6, ВТ3-1, ВТ9, ВТ14, ВТ16, ВТ20 ВТ15, СПТ-2, СП-15
ВТ22 (с пост-термообработкой) ВТ20-1св, ВТ20-2св, СПТ-2
ПТ-7М, ПТ-3В, ПТ-1M ВТ1-00св, СПТ-2, СП-15

Следует учитывать, что металлы марок ОТ4, ВТ5, ВТ5-1 требуют использования щадящих режимов сварки, в том числе с минимальной погонной энергией. Для большинства других материалов требуются режимы с быстрым охлаждением.

Процесс сварки

Наличие и метод разделки кромок, а также параметры сварки зависят от толщины стыка. Обычно эта зависимость имеет такой вид:

Толщина металла, мм Разделка кромок Сила сварочного тока, А Напряжение дуги, В Диаметр присадочной проволоки, мм Количество проходов, шт.
1-3 Отсутствует 40-90 10-14 1,2-2,0 1
3-10 Односторонняя прямая фаска под углом 35-45° 120-200 10-15 1,5-2,5 2-12
10-20 Радиальная ванна с бортами, наклоненными на 15° 180-280 12-16 2,5-3,0 12-26
Более 20 Двухсторонние прямые фаски под углом 30-35° 230-280 13-16 2,5-3,0 Не менее 24

Электродуговую сварку титана и сплавов проводят в нижнем положении. Техника мало чем отличается от классической дуговой сварки, общий алгоритм действий включает следующее:

  1. Закрепление очищенных и обезжиренных заготовок на опорной поверхности с зазором, соответствующим конфигурации детали и режиму сварки (для листов толщиной 2,0-3,0 мм зазор составляет 0,5-1,5 мм).
  2. Подача аргона к месту стыка или в защитную камеру. При струйном методе защиты общий расход газа на обдув рабочей и обратной стороны шва составляет 12-16 л/мин для листов толщиной 2,0-3,0 мм.
  3. Поджигание дуги в начале шва. Происходит не раньше, чем через 15 секунд после начала струйной подачи аргона или сразу после вытеснения атмосферного воздуха из защитной камеры.
  4. Последовательная проварка шва. Осуществляется путем плавного и достаточно быстрого осевого перемещения, поперечное смещение следует свести к минимуму. Обычно электрод ведется углом вперед, а присадочную проволоку подают перпендикулярно ему.
  5. Повторная проварка шва в случае необходимости. Может проводиться до 40 последовательных проходов.
  6. Обрыв дуги и завершение работ. При этом подача аргона продолжается, пока металл в зоне стыка не остынет до 250-300℃ (для изделий небольшой толщины – около 45-60 секунд).
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector