Сварка титана аргоном: применимые технологии, проверка

Содержание

Свойства металла и его сплавов

При температуре плавления 1668°С сплав способен самовоспламеняться в среде кислорода при 400°С. Титан активно поглощает водород, реагирует на азот. При добавлении в него разных элементов таблицы Менделеева получаются сплавы, обладающие другими свойствами.

Часть из них хорошо сваривается. Процесс иногда придает сплаву прочности. В чистом виде металл не применяется практически нигде. Чем варится титан, можно ли это сделать в домашних условиях – вопросы, возникающие у деловых людей.

Технология сварки титана — описание и пошаговая инструкция с видео

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.

  • 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.

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).

Какой газ применяется

Газ для tig сварки аргон, гелий и смеси

В данной технологии газ нужен для предохранения сварочной зоны от вредного влияния воздуха.

Лучше всего для этой цели подходят инертные газы – аргон и гелий. Аргон тяжелее кислорода воздуха и вытесняет его из рабочей зоны, а на практике сварка проводится в аргоновой среде, реже в смеси аргона с гелием. Чистый гелий применяется крайне редко.

К зоне сварки газ подается из баллона, снабженного манометром, редуктором с ротаметром. Редуктор предназначен для регулирования давления газа на выходе и для автоматического поддержания постоянного рабочего расхода газа. Ротаметр определяет точное количество газа в заданную единицу времени. Манометр показывает давление в баллоне.

Возможные дефекты при сварке титана аргоном и способы их устранения

Возможные дефекты при сварке титана аргоном и способы их устранения

Единственный способ избежать дефектов при соединении элементов из титана аргоном – это использование лазера, во всех остальных случаях возможны погрешности. ГОСТ определяет, что дефекты появляются вследствие несоблюдения технических условий, нарушения технологии, в результате чего конструкция становится непригодной к использованию.

Согласно ГОСТ, дефекты делятся на такие виды:

  • трещины;
  • поры;
  • твердые образования;
  • несплавления;
  • неправильный шов;
  • другие разновидности.

ГОСТ не допускает наличие трещин-разрывов в шве или прилегающих местах, поскольку они образуют центр разрушения.

Причина появления разрывов обычно кроется в высоком содержании углерода, никеля, водорода, фосфора в расплавленном металле. Сразу скажем, что при соединении лазером отсутствует вероятность образования трещин. Чтобы убрать появившиеся трещины, необходимо засверлить концы дефекта, после чего устранить трещину механическим путем и строжкой, зачистить и сварить участок.

Поры ГОСТ определяет как полости, заполненные газом. Вполне логично, что этот дефект образуется при сварке титана аргоном из-за высокого газообразования. Место с порами ослабляет всю конструкцию, поэтому его переваривают, перед этим зачистив механическим путем.

Твердыми включениями называют инородные металлические и неметаллические вещества, включенные в шов, снижающие его прочность и концентрирующие напряжение. Поэтому место с дефектом полностью вырубают, удаляют строжкой, заваривают.

Несплавления — это отсутствие соединения металла со швом, вызванное нерасплавлением части кромки стыка. Этот дефект может появиться при неправильном выборе формы угла или режима сварки, плохой предварительной обработке кромок. Поскольку несплавления отрицательно влияют на прочность шва, место дефекта вырубают, зачищают, после чего заваривают.

Нарушение формы представляет собой несовпадение формы шва с установленными требованиями. Такой недостаток появляется из-за скачков напряжения в сети, неправильного угла наклона, пр. Он может привести к внутренним дефектам шва, поэтому прибегают к завариванию места тонким швом электродом небольшого диаметра.

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.

svarka

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)

t-4
Механическая 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).

Критерии 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.

Что учестьПеред 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.

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.
Читайте также:  Какие флюсы применяют для пайки

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.

Общая технология сварки аргоном

При сварке деталей из титановых сплавов нужно помнить, что к ним применимы не все технологии, распространенные на производстве. Причиной является особая активность металла. При попадании в зону обработки оксидов, нитридов или карбидов качество сварного шва снижается. Другая причина – высокая температура. При 880°С свойства сплавов резко меняются. Они приобретают чувствительность к скорости охлаждения и крупнозернистость.

На качестве сварки сказываются:

  • низкая теплопроводность;
  • способность к самовозгоранию;
  • окисление при воздействии углекислоты;
  • образование нитридных соединений;
  • поглощение водорода.

Хорошее соединение можно получить только при аргонодуговой сварке титана. Процесс работы представляет много сложностей. Критичная для металла температура – выше 400-500°С. Шов может не выдержать ударов. При проведении работ с соблюдением всех требований технологии сварки титана и его сплавов в среде аргона прочность шва равняется 0,6-0,8.

Технология сварки

Методы сварки в аргоновой среде

На практике применяются различные способы соединения титановых сплавов в аргонной среде.

Наиболее часто встречающиеся:

  • точечный;
  • контактный;
  • конденсаторный стыковой;
  • шовный роликовый;
  • с использованием флюса.

Перечисленные виды контактной сварки ведутся в быстром темпе. При длительном воздействии высоких температур изделие становится хрупким. В качестве флюса применяют состав АН-Т2 или АН-11, АНТ-1, АНТ-3, АНТ-7. Перед соединением деталей их подвергают обезжириванию и механической обработке. С целью удаления оксидной пленки иногда применяется подогретая кислота. Все подготовительные работы проводятся в защитных перчатках.

Для работы требуются специальные электроды. При сварке полуавтоматом используется маркированная присадочная проволока. Перед использованием она зачищается шкуркой и обезжиривается. Для соединения деталей из титана нужна керамическая горелка с газовой линзой.

Параметры электросварки:

  • вольфрамовый электрод;
  • ток прямой полярности, постоянный;
  • непрерывная подача электродной проволоки.

Методы сварки

Хорошо можно сварить сплавы ВТ1-ВТ5, хуже соединяются ВТ15-ВТ22. Остальные виды считаются промежуточными. Все операции выполняются аппаратами с правильной настройкой. Необходимо включить постоянное напряжение прямой полярности 80-130 В. При этих параметрах работа выполняется током 45-220 А. Горелка передвигается со скоростью 18-22 м/ч.

Точечный

Этот метод используется при соединении деталей или листов, толщина которых может достигать 4 мм. Рабочие параметры:

Толщина деталей (мм) Диаметр электрода Прохождение тока (сек) Сжатие деталей (сек) Сила тока (А)
0,8 4,0 – 4,5 0,10 – 0,15 0,1 7000
1,0 4,5 – 5,0 0,15 – 0,20 0,3 8000
1,2 5,0 – 5,5 0,20 – 0,25 0,3 8500
1,5 5,5 – 6,0 0,25 – 0,30 0,4 9000
2.0 6,0 – 7,0 0,25 – 0,30 0,4 10000
2,5 7,0 – 8,0 0,30 – 0,40 0,4 12000

Метод используется при сварке кожухов, опорных рамок и других конструкций.

Контактный

Применение данного способа предусмотрено требованиями ГОСТ. Скорость соединения – 2-2,5 мм/сек. При ее превышении шов будет иметь сниженную прочность. На практике применяются несколько разновидностей контактной сварки. Каждая имеет индивидуальные режимы, зависящие от толщины заготовок, диаметра электрода, времени прохождения сварочного тока через место соединения и других параметров.

Контактный способ сварки

Конденсаторная стыковая сварка

Режим работы определяется площадью заготовок. Свариваемые детали могут иметь сечение 150-10000 мм². От него зависят остальные параметры: припуски оплавки и осадки, рабочий ток и другие значения. Главное отличие метода – запас электрической энергии в батарее, состоящей из конденсаторов большой мощности. Заготовки из труб до 23 мм в диаметре можно заварить без защитного газа, так как электрический импульс выжигает в месте сварки все окислители. Емкость накопительной батареи – 5000-7000 мкф, импульсное напряжение – 800-1200 вольт.

Шовный роликовый

Отличие способа – использование электродов, напоминающих ролики. Они катятся и сжимают заготовки. Импульсы тока большой мощности подаются в рабочую зону, образуя цепочку из точек сварки. Шов герметичный при металле толщиной 0,2-3,0 мм. Он часто встречается при изготовлении емкостей: топливных баков, других сосудов для хранения жидкостей без создания высокого давления.

Режимы сварки:

Толщина листов (мм) Ширина шва (мм) Усилие на роликах (Н) Действие тока (сек) Скорость сварки (м/мин) Сила тока (А)
0,8+0,8 3,5-4,0 2950 0,10-0,12 0,8-1,0 6000
1,0+1,0 4,5-5,5 3935 0,14-0,16 0,6-0,8 7500
1,5+1,5 5,5-6,5 4915 0,20-0,24 0,5-0,6 10000
2,0+2,0 6,5-7,5 6385 0,24-0,28 0,4-0,5 12000
2,5+2,5 7,0-8,0 7855 0,28-0,32 0,3-0,4 15000

Метод применяется для герметичных соединений титановых деталей.

Сварка деталей

Под флюсом

Способ годится для соединения деталей толщиной до 5 мм. Заварить их можно встык, внахлест или под углом. Для работы используется ток 250-330 А при напряжении от 24 д 38 В. Скорость сварки 40-50 м/ч. Используемый режим:

Толщина заготовок (мм) Способ соединения Сила тока (А) Напряжение (В) Скорость сварки (м/час)
3-5 Стыковой 250-320 24-38 50
3-5 Угловой 250-300 32-36 40-50
2-3 Внахлест 250-300 30-35 40

Во время работы шов засыпается флюсом в виде порошка. При его сгорании образуются инертные газы и закрывают собой сварочную ванну и пространство рядом со швом. Флюсовой материал предварительно просушивают при высокой температуре (около 250°С). Аппаратура включается на режим тока обратной полярности величиной 600-650 А.

Сварка титана и его сплавов со стальными заготовками – особенности процесса

Сваривание стали с титаном позволяет снизить массу получаемых изделий. Но высокопрочных соединений добиться с помощью полуавтомата невозможно. Проблемы также могут возникнуть и при сопряжении титана с нержавейкой полуавтоматической сваркой.

Применяются следующие методы:

  • сваривание взрывом;
  • диффузионный способ;
  • клинопрессовое сваривание труб;
  • ультразвуковой;
  • контактный.

Какие еще виды сварки подходят для титана помимо аргона

  1. Электрошлаковая сварка
    В последнее время этот вид соединения элементов из титана активно применяется в промышленности. Например, он используется для сплава ВТ5-1, то есть титана, легированного до 5 % алюминием и до 3 % оловом. Изготовление сплава производится прессованием с прокаткой до тонких листов, или ковкой заготовок с большим сечением.

    Метод, используемый для крупных сечений, считается очень сложным, но он вполне подходит для электрошлаковой сварки под флюсом АН-Т2 в аргоне. Роль источника переменного тока играет трехфазный трансформатор с жесткой характеристикой.

    Для работы с небольшими поковками (60х60 мм) рекомендуются режимы: сила тока 1600 – 1800 А, напряжение дуги 14 – 16 В. В норме расстояние между кромками поковок равно 26 мм, масса засыпанного флюса – 130 г, расход аргона 8 л/мин.

    Применение пластинчатого электрода размером 12х60 мм при этих режимах позволяет добиться стабильного процесса и прочного сварного шва. Последний сравним по прочности с основным металлом.

    При соединении прессованных профилей крупного сечения электродом толщиной 8 мм получается сварное соединение несколько худшей прочности – 80 – 85 % от показателя основного металла. Эта особенность вызвана использованием пластинчатых электродов из нелегированного сплава ВТ1-1. Поясним, что не рекомендуется работать с легированными электродными сплавами, ведь они не обеспечивают необходимой пластичности соединения из-за большого содержания газов в прессованном металле.

  2. Контактная сварка
    ГОСТ допускает использование данной технологии, так как оптимальная скорость сваривания титана равна 2 – 2,5 мм/сек. Ее превышение повлечет за собой снижение прочности металла, заполняющего зазор. Отметим, что данный показатель очень важен, когда работа идет контактным методом, ведь все операции здесь производятся очень быстро. Не стоит зачищать свариваемые кромки, а тем более фрезеровать их.

    На практике используются несколько вариантов контактного метода, и все они подходят для работы с титановыми заготовками. А именно речь идет о точечной, линейной и конденсаторной технологии. Для каждой из них подбирают свой режим, который зависит от толщины свариваемых заготовок, давления и диаметра электродов или от габаритов сварочной пластины, времени сжатия, продолжительности прохождения тока через металл. Как вы поняли, этот процесс требует грамотного подбора всех вышеперечисленных параметров.

    Далее вы можете ознакомиться с ориентировочными режимами стыковой сварки титана при начальной скорости оплавления 0,5 мм/сек:

    Площадь свариваемого сечения, мм Давление осадки, МН/М2 Вылет заготовки из электродов, мм Припуск, мм на Скорость оплавления, мм/сек Сила тока оплавления, А
    оплавление осадку
    150 2,9 менее 25 8 3 6 1,5 – 2,0
    250 4,9 – 7,8 25-40 10 6 6 2,5 – 3,0
    500 9,8 – 14,7 45 10 6 6 5,0 – 7,0
    1000 20 – 24 50 12 10 5 5
    1500 29 – 59 60 15 10 5 7,5
    2000 39 – 98 65 18 12 5 10
    2500 49 – 147 70 20 12 5 12,5
    3000 98 – 196 100 22 14 4 15,0
    4000 147 – 294 110 24 15 4 20,0
    5000 196 – 392 130 26 15 3,5 25,0
    6000 343 – 490 140 28 15 3,5 30,0
    7000 294 – 490 150 30 15 3,0 35,0
    8000 343 – 588 165 35 15 3,0 40,0
    9000 441 – 882 180 40 15 2,5 45,0
    10000 490 – 981 180-200 40 15 2,5 50,0

    Для соединения титановых листов и пластин толщиной до 4 мм подходит точечная и шовная (роликовая) сварка. Высота литого ядра составляет 80 – 90 % от суммарной толщины листов. Ниже представлены приблизительные режимы этого вида обработки:

    Толщина листов, мм Диаметр контактной поверхности электрода, МН/м2 Усилие на электродах, Н Продолжительность прохождения тока, с Время сжатия деталей, с Сила тока, А
    0,8 4,0 – 4,5 1960-2450 0,1 – 0,15 0,1 7000
    1,0 4,5 – 5,0 2450 – 2950 0,15 – 0,2 0,3 8000
    1,2 5,0 – 5,5 3150 – 3440 0,2 – 0,25 0,3 8500
    1,5 5,5 – 6,0 3935 – 4915 0,25 – 0,3 0,4 9000
    2,0 6,0 – 7,0 4915 – 5895 0,25 – 0,3 0,4 10000
    2,5 7,0 – 8,0 5895 – 6875 0,3 – 0,4 0,4 12000

    Режимы шовной (роликовой) технологии:

    Толщина листов, мм Ширина шва, мм Усилие на роликах, Н Продолжительность сварки, с Скорость сварки, м/мин Сила тока, А
    импульс пауза
    0,8+0,8 3,5 – 4,0 2950 0,1 – 0,12 0,18 – 0,20 0,8 – 1,0 6000
    1,0+1,0 4,5 – 5,5 3935 0,14 – 0,16 0,24 – 0,28 0,6 – 0,8 7500
    1,5+1,5 5,5 – 6,5 4915 0,20 – 0,24 0,3 – 0,4 0,5 – 0,6 10000
    2,0+2,0 6,5 – 7,5 6385 0,24 – 0,28 0,4 – 0,5 0,4 – 0,5 12000
    2,5+2,5 7,0 – 8,0 7855 0,28 – 0,32 0,6 – 0,8 0,3 – 0,4 15000

    Трубы из титана марки ВТ1-2, диаметром 10 – 23 мм и со стенкой толщиной 1,0 – 1,5 мм можно сваривать при помощи конденсаторной стыковой технологии без использования газовой защиты. Перед этим, напомним, осуществляют травление сварных кромок и работают с такими режимами:

    Диаметр трубы, мм Емкость, мкф Зарядное напряжение, В Усилие осадки, Н Вылет трубы из вкладышей, мм Коэффициент трансформации
    10х1 5000 850 – 900 8935 – 9805 1,0 – 1,5 84
    23х1,5 7000 2000 – 2100 22565 – 24035 1,2 – 1,8 84

    Оптимальным для труб диаметром 10 мм считается вылет 1 – 1,5 мм, тогда как для труб диаметром 23 мм этот показатель составляет 1,2 – 1,8 мм. При вылете труб менее 0,8 мм происходит выплеск расплавленного металла, а при превышении границы в 2,2 мм смещаются торцы, получается непровар. При усилии осадки менее 20,7 кН тоже получается непровар. Также он возможен при зарядном напряжении менее чем 1900 В, а при напряжении выше 2200 В выплескивается жидкий металл. Оплавление происходит внутри трубы в виде венчика высотой до 1,5 мм и максимальной толщиной 0,3 мм.

  3. Холодная сварка титана
    Эта технология предполагает разрушение кристаллической решетки и образование новой за счет соединения слоев титана, процесс происходит в твердом состоянии на открытом воздухе.

    Отдельно стоит сказать о работе с белым титаном, поскольку такая сварка ведется под давлением без внешнего нагрева. Соответствующая инструкция позволяет пользоваться технологией при любой температуре воздуха.

    При приложении нормальных усилий данный способ соединения титановых листов производится внахлест при помощи зажимов для фиксации. Далее можно приступать к сварочному процессу. После снятия зажимов листы деформируются и прочно скрепляются между собой.

Читайте также:  Температура плавления свинца - приготовление расплава

Особенности ручного метода сварки

Ручная сварка применяется для изготовления изделий в единственном числе или мелкими сериями, при выполнении работ большой сложности, с которыми автомат справиться не в состоянии. Ток выбирают около 100-140 А. Электрод нужно вести прямо, с наклоном вперед. Оборудование настраивается на постоянный ток. Зона сварки подвергается защите, которая не снимается в течение 1-2 минут после отключения тока. Цвет шва свидетельствует о его качестве: высокое – серебристый, низкое – синий или черный.

Ручная сварка

Необходимые электроды

Для сварки титановых сплавов используются электроды, изготовленные из вольфрама с добавками небольшого количества оксида лантана, который дает возможность увеличения тока на 50%, продлить срок службы и снизить степень загрязнения сварочной ванны. Конус изделия для снижения шероховатости полируется.

Используются изделия, имеющие сечение 12х60 мм. С их помощью получают шов высокого качества, близкий по составу к свариваемому материалу.

Нюансы ручного режима сварки титана в аргоне

Добиться прочного шва при сварке титана аргоном удается за счет обеспечения чистоты поверхности деталей и присадки. Другим обязательным условием является правильная настройка сварочного аппарата. При несоблюдении техники сварки аргоном на месте шва всегда появляются сварные дефекты. Прежде чем приступать к работе, выполните продувку и прочистку горелки, защитной насадки. Не забывайте про подкладки для обратной стороны шва – с их помощью можно проверить наличие воздуха в системе.

Сварка ведется без предварительного нагрева. Исключение составляют ситуации, когда возможна влажность, наличие конденсата на титане – тогда нужен нагрев до 70 °C.

При TIG-технологии рекомендуется высокочастотное зажигание для дуги. Когда вы работаете с присадкой, длина дуги равна 1 – 1,5 сечения электрода. Если сварка аргоном производится без присадки, этот параметр соответствует диаметру вольфрамового электрода. Помните, что в царапинах, образующихся на металле при касании вольфрамовых электродов, остаются частицы вольфрама. Когда все работы завершены, затухание дуги должно происходить постепенно, для этого плавно понижайте ток. Защиту сварного шва, околошовной зоны обеспечивают и после выключения дуги, когда температура опускается до 427 °C.

Технология сварки аргоном

При соединении аргоном тонкостенных деталей зазор между кромками должен составлять 0,5 – 1,5 мм. В этом случае можно не формировать кромки и отказаться от присадочной проволоки. Кстати, последняя должна совпадать по составу с основным свариваемым металлом.

Сварка титана аргоном предполагает такие режимы: если используется вольфрамовый электрод диаметром 1,5 – 2 мм и присадочная проволока диаметром 2 мм, а толщина свариваемых заготовок составляет 2 мм, нужно выдерживать ток 90 – 100 ампер. Повышение толщины металла до 4 мм позволяет варить его током в 120 – 140 ампер. И самое главное, о чем нужно помнить: для работы с титаном и его сплавами используется переменный ток постоянной полярности.

Также есть ряд других существенных условий для качественной сварки титана аргоном:

  • Для ручной технологии используется короткая дуга, не допускаются колебания электрода, присадки. Сварщик осуществляет движение вдоль шва.
  • Сваривание ведется углом вперед, то есть электрод должен быть направлен в сторону, противоположную направлению движения.
  • Угол между присадкой и электродом 90°.
  • Присадка подается в сварочную ванну непрерывно.
  • После гашения дуги защитный газ продолжает подаваться, обеспечивая охлаждение ниже 400 0С, в среднем на это уходит минута.

Условия для качественной сварки титана аргоном

Дальнейшее охлаждение металла является гарантией качественного шва. Вы можете определить это по цвету. В норме шов светлый, соломенный, желтый. А вот серый, синеватый или черный говорят об окислении, что плохо сказывается на качестве.

Технология сварки аргоном полуавтоматом или автоматом совпадает с ручной. Единственный нюанс, о котором нельзя забывать – отверстия в сопле горелки. В соответствии с ГОСТ их диаметр равен 12 – 15 мм. Зажигать и гасить горелку рекомендуется на специальных подкладках, планках.

Ручная дуговая сварка

сварка титана аргоном

В процессе задействуется вольфрамовый электрод с подключением источника постоянного тока. Защите подвергается зона вокруг шва, корень шва и ближние затронутые термическим воздействием зоны. Изоляция обеспечивается козырьками, насадками и термически стойкими пористыми материалами, в которые подается газ. Подкладки желательно применять из меди или стали. Если производится обработка трубы, то газ пускается прямо в дуло. Что касается оптимального режима, то для 2-миллиметрового электрода сила тока может составлять порядка 90 А. Это начальный уровень для работы с заготовками толщиной 4-5 мм. Конкретные величины могут изменяться и в зависимости от того, каким образом легировался титан. Сварка титана выполняется на короткой дуге без колебательных манипуляций. Электрод наклоняется противоположно направлению его движения – то есть вперед углом. Резко завершать операцию нельзя. В целях предотвращения образования окислов все защитные приспособления остаются на прежних местах даже после отключения электродов.

Качество

После проведения сварочных работ необходимо выполнить контроль качества. Для этого необходимо выполнить осмотр шва: главные параметры здесь — это цвет и его структура.

Цвет шва

Серебристый цвет с характерным ярким отливом

Очень высокое качество шва. В естественных условиях чистый титан обладает бело-серебристым цветом. Поэтому серебристый цвет шва указывает на то, что во время сварки в состав металла не попали какие-либо посторонние примеси. Такой шов не растрескается со временем, не покроется коррозией, не деформируется под действием высоких нагрузок.

Читайте также:  Канифоль для пайки: что это и зачем нужна

методы сварки титана

Белый или желтоватый

Высокое или хорошее качество. Желтый цвет шва указывает на то, что во время сварки в металле произошло окисление с образованием простых оксидов на основе титана. Однако таких оксидов в металле образовалось не слишком много. Поэтому качество сварного шва находится на достаточно высоком уровне. То есть такой шов без проблем выдержит средние и высокие физические перегрузки, не растрескается со временем. Выдержит воздействие не агрессивной коррозийной среды.

Рыжий, коричневый, серый, черный, синеватый

Плохое качество шва. Подобный цвет указывает на то, что во время сварки образовалось большое количество оксидов, а также соединений на основе азота и титана. Такой шов является крайне ненадежным. Он растрескается при перегрузках, может покрыться ржавчиной и окалиной. По ГОСТ детали с таким качеством шва не допускаются к эксплуатации. Требуется демонтаж шва, проведение повторной сварки с удалением поврежденного фрагмента, переплавка сварной конструкции.

Структура

В случае проведения качественной сварки шов должен получиться ровным и однородным, без каких-либо уплотнений и без деформированных участков. Если в области шва образовалось большое количество неровностей (небольшие вмятины, уплотнения, бугорки-точки и так далее), то это может указывать на то, что при сварке пузырьки воздуха (кислород, азот, углекислый газ) проникли в толщину сплава. Подобный сценарий является достаточно негативным, поскольку пузырьки воздуха плохо влияют на твердость сварного шва.

сварка титановых сплавов

Рекомендации специалистов

Качество шва зависит не только от квалификации сварщика.

Большое влияние оказывают:

  • состав газа;
  • режим работы установки;
  • применяемый электрод.

Специалисты рекомендуют вместо гелия, имеющего большой расход, использовать аргон. Его затраты в 1,5-2 раза меньше, скорость обработки увеличивается.

При сварке крупных деталей лучше пользоваться током прямой полярности. Он более глубоко проплавляет металл. Листы толщиной до 2 мм следует соединять током обратной полярности, который дает малую глубину оплавления и не прожигает материал.

Заготовки необходимо правильно подготовить. Для удаления окисной пленки сплав обезжиривается на 20 см от шва.

Далее нужно протравить место работы составом:

  • соляная кислота – 35 частей;
  • вода – 65 ч;
  • фторид натрия – 50 г.

Раствор нагревается до 65-70°С и используется по назначению.

Механическую обработку делают стальной щеткой, наждачной бумагой №12. Все трещинки и заусенцы удаляются с поверхности. После этого можно начинать сварку.

Оборудование и материалы

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).

Как правильно подготовить детали для сварки титана аргоном

Сварка титана аргоном проводится при полной изоляции свариваемых поверхностей от атмосферы, поэтому чаще всего применяются автоматическая или полуавтоматическая технология.

Безусловно, ручная сварка этого металла возможна, но для нее используется специальная горелка с керамическим соплом: через нее под давлением подается инертный газ, аргон, который вытесняет воздух.

На схеме показаны приспособления для защиты шва газом и его подачи в повышенном объеме.

Приспособления для защиты шва газом

Перед сваркой титана аргоном подготавливают кромки и присадки, поэтому также приводим таблицу разделки кромок.

Таблица разделки кромок

Необходимо зачистить металлические поверхности стальной щеткой, «шкуркой», обезжирить.

Одним из самых распространенных растворителей для обезжиривания металлических поверхностей является ацетон, но у него резкий запах, он довольно токсичен. Об этом говорит тот факт, что ацетон относится к 4 классу опасности. При вдыхании в течение небольших отрезков времени его умеренных и высоких концентраций появляется раздражение глаз, дыхательных путей, повышенная частота пульса, головные боли, тошнота, рвота и даже возможна клиническая кома.

Рекомендуем статьи по металлообработке

  • Марки сталей: классификация и расшифровка
  • Марки алюминия и области их применения
  • Дефекты металлический изделий: причины и методика поиска

Поэтому стоит выбирать более безопасные, но эффективные составы для очищения поверхности металла. Один из вариантов – денатурированный спирт, его наносят на металл безворсовой тканью. Это спирт с добавками, из-за которых его употребление в пищу становится невозможным. С одной стороны, они имеют ужасный вкус, а с другой – вызывают рвоту, и даже могут стать причиной слепоты.

Перед соединением детали из титана подвергают травлению смесью соляной кислоты с водой и фторидом натрия в следующей пропорции: 350 мл HCl, 650 мл дистиллированной воды, 50 г фторида натрия. На травление уходит около 10 минут при 60 – 65 °C.

Еще один способ, позволяющий удалить оксидную пленку – это смесь из 2 – 4 % фтористоводородной кислоты и 30 – 40% азотной кислоты. Травление длится 30 секунд, а температура не превышает 60 °C.

После этого металл тщательно шлифуют при помощи наждачной бумаги до № 12, проволочных щеток, шабер. Важно убедиться, что получились ровные края деталей без заусенец и трещин. Аналогично зачищается и присадочная проволока для сварки титана аргоном. Далее пора переходить к сварке.

Работа в среде защитного газа аргона ведется с помощью присадочных материалов. Последние делятся на группы по составу (палладий, ванадий, алюминий) и содержащейся в них доле кислорода. В таблице есть характеристики присадок из титана и его сплава:

Таблица характеристик присадок из титана и его сплава

Очень важно, чтобы прутки и проволока при сварке титана не выходили из-под газовой защиты, так как присадки загрязняются на воздухе.

Аргонодуговая технология требует применения постоянного тока прямой полярности и вольфрамовых электродов. Иногда приходится использовать специальные приспособления, в которые поступает инертный газ, вытесняя воздух.

Возможна сварка титана аргоном при помощи медных, стальных подкладок. В них делают отверстия для подачи газа.

Для соединения труб используют специальные фартуки с разным закруглением, чьи характеристики определяются диаметром трубы.

Полуавтоматическую или автоматическую технологии осуществляют в специальной капсуле, заполненной аргоном либо гелием. Если речь идет о трубах, их не помещают в защитную среду, а герметизируют и заполняют аргоном.

Еще одно немаловажное требование к такой работе – это наличие перчаток на руках, ведь даже чистые руки оставляют на кромке потожировые следы. Последние негативно сказываются на качестве сварного шва.

Как выполняется автоматическая сварка титана

Для этого используется вольфрамовый электрод. Причем размер отверстий сварочной горелки должен находиться в пределах 12 – 15 мм. Также нужно учесть, что соединение неплавящимся электродом лучше проводить постоянным током прямой полярности.

Высокая активность титана вынуждает зажигать и гасить горелку на специальных планках, вне изделия. Как и при ручной технологии, газ подают еще 1 минуту после гашения дуги, защищая шов и переходную зону от окисления. Далее представлены режимы для автоматической сварки титана аргоном в защитных газах и под флюсом:

Толщина металла, мм

Диаметр вольфрамового электрода, мм

Напряжение, В

Сила тока, А

Скорость сварки, м/ч

Расход аргона, л/мин

В горелке

В подкладке с обратной стороны шва

0,8

1,0 – 1,5

8 – 10

45 – 55

18 – 25

6 – 8

3 – 4

1,0

1,5

10 – 12

50 – 60

18 – 22

6 – 8

3 – 4

1,2

1,5

10 – 12

55 – 65

18 – 22

6 – 8

3 – 4

1,5

1,5

11 – 13

70 – 90

18 – 22

9

3 – 4

1,8

1,5

11 – 13

80 – 100

18 – 22

9

3 – 4

2,0

1,5 – 2,0

11 – 13

110 – 130

18 – 22

9

3 – 4

2,5

2,0 – 2,5

11 – 13

150 – 180

20 – 22

9 – 12

3 – 4

3,0

2,5 – 3,0

12 – 13

200 – 220

20 – 22

9 – 12

3 – 4

Режимы работы под флюсом:

Толщина металла, мм

Тип соединения

Сила тока, А

Рабочее напряжение, В

Скорость сварки, м/ч

3 – 5

Стыковое

250 – 320

24 – 38

50

3 – 5

Угловое

250 – 300

32 – 36

40 – 50

2 – 3

Внахлест

250 – 300

30 – 35

40

 

Источники

  • https://svarkaved.ru/tekhnologii/svarka-argonom/kak-varit-titan-v-argonovoj-srede
  • https://forte-drilling.ru/tehspravochnik/chem-varit-titan.html
  • https://mrmetall.ru/svarka-tig-dlja-nachinajushhih-osobennosti-svarki-tig/
  • https://MetEkspert.ru/raboty/argonodugovaya-svarka-titana.html
  • https://ismith.ru/welding/texnologiya-svarki-titana/
  • https://electrod-svel.ru/tehnika-svarki/tehnologiya-i-osobennosti-svarki-titana.html
  • https://svarka.guru/tehnika/opredelennih-metallov/titan-argonom.html
  • https://NpfGeoProm.ru/svarka/titana.html
  • https://instanko.ru/osnastka/svarka-titana.html
  • https://ArmRinok.ru/obrabotka/kak-varit-titan.html
  • https://stroy-podskazka.ru/svarka/titana-argonom/
  • https://vt-metall.ru/articles/162-svarka-titana-argonom

[свернуть]
Ссылка на основную публикацию