Технологии сварки титана

Сварка титана и его сплавов получила широкое распространение благодаря таким свойствам этого металла, как малая плотность, довольно высокая прочность с коррозионной стойкостью в условиях различных агрессивных сред. Главная сложность сварки титана заключается в его особой химической активности при взаимодействии с газами в расплавленном и подогретом состоянии. Нагреваясь, титан активно принимает в себя водород и кислород с азотом, что отрицательно сказывается на пластичности металла в шве и показателях прочности.

Из-за его повышенной химической активности этот металл, а также сплавы, запрещается подвергать дуговой сварке только лишь с односторонней защитой зоны соединения нагреваемых до 500-600 ºС и выше незащищенных участков сварки и оборотной стороны изделия. При аргонодуговой сварке титана важнейшим условием получения хорошего качества соединения наряду с высокой защитой сварочной зоны является полная защита с двух сторон всего нагреваемого места соединения от соприкосновения с атмосферным воздухом. Обычно это достигается использованием бескислородных фтористых флюсов и инертного газа. Последний подают с применением особых газовых насадок. Для защищенности оборотной стороны швов применяют специальные газовые подушки, а также металлические и флюсовые прокладки. О высокой степени защищенности металла свидетельствует его блестящая поверхность после сварки титана аргоном.

До сборки поверхности изделия около кромок, в участках наложения швов, в околошовном месте обрабатывают при помощи шабера, напильника или наждачного круга на расстоянии около 2 см от начала разделки кромки. Они не должны иметь трещин, заусениц, надрывов, забоин и прочих изъянов. Непосредственно перед инверторной сваркой титана заготовки очищают с помощью металлической щетки от грязи, обезжиривают обычным растворителем. Запрещается прихватывать не обезжиренные вдоль кромок и не подготовленные детали, а также трогать голыми руками обработанные заготовки. По завершении сборки необходимо проверить качество прихваток, отсутствие смещения кромок и грязи на них, а также величину зазора.

Технологии сварки титана

К наиболее часто применяемым технологиям сварки титана со сталью относятся дуговая в защитных газовых средах и под флюсом, электрошлаковая, а также сварка с помощью электронного луча. Применяется как ручная, так и сварка титана полуавтоматом с помощью неплавящихся электродов или титановой проволоки, а также флюсов. В целях уменьшения затрат энергии и сокращения зоны термического воздействия, исключения пор в швах и для повышения защиты титана от воздействия воздуха при сварочных работах применяются бескислородные фторидно-хлоридные флюсы.

Для дуговой сварки титановых сплавов в инертных газовых средах пользуются плавящимися либо вольфрамовыми электродами, для автоматической в аргоне – проволоками для сварки титана, вылет которых не может превышать 2-2,5 см. Ручная аргонодуговая сварка электродами из вольфрама проводится постоянным током при прямой полярности, для заготовок толщиной до 4 см он не может превышать 170 А. Для работ с изделиями толщиной около 12 мм подойдет холодная сварка титана плазмой, а для большей толщины – сварка в несколько проходов. Плазменная сварка с неплавящимися электродами способна обеспечить производительность большую, чем у традиционной аргонодуговой, с меньшими деформациями свариваемой заготовки. Но при этом очень важно соблюдение жестких требований по качеству сборки конструкции.

Из-за низкой теплопроводности материала при использовании технологии сварки титана аргоном с помощью плавящихся электродов получаются стыковые швы специфической конусообразной формы и небольшим коэффициентом формы шва. В случае использования для сварке гелия формы швов бывают лучше. Это объясняется большим напряжением дуги в гелии. Получаемые сваркой аргоном швы довольно узкие, а в гелии – несколько шире. При этом расход гелия для обеспечения требуемой защиты материала значительно превышает расход аргона из-за возрастания размеров зоны расплавления.

Технология сварки титана в заготовках небольшой толщины предполагает использование ручных горелок с электродами из вольфрама, а также обычных автоматов аргонодуговой сварки и неплавящихся электродов. Для этого подается постоянный сварочный ток с прямой полярностью. Применение присадочных металлов обосновано для толщины листов от 1,5 мм. Без них показатели прочности соединения не будут превышать прочности основного материала. Использование прутка приводит к поглощению его разогретой поверхностью определенного объема газов, это способствует понижению пластичности металла в швах.

К особенностям сварки титана при толщине заготовок больше 4 мм относится применение различной разделки кромок (в X-, U- или V-форме). А для большей глубины сплавления в сварке электродами из вольфрама пользуются пастообразными флюсами. Их наносят небольшим слоем по краю кромки, что способствует свариванию металла без разделывания кромок с применением менее сильных, чем обычно, токов. Данная технология сокращает деформации свариваемых изделий при холодной сварке титана, цену которой можно снизить за счет сокращения пористости шва, а также рафинирования части металла в нем.

Присоединение титановых деталей большой толщины возможно без разделывания кромок сваркой с помощью погруженной дуги с неплавящимся электродом. Двухсторонней сваркой, производимой в два прохода, с использованием плавящегося электрода можно соединять без скоса кромок заготовки значительной толщины. Благодаря высокому электрическому сопротивлению этого металла вылет электрода будет небольшим. Процесс сварки осуществляется постоянным током при обратной полярности.

Удобна для титана, как и некоторых других особо активных металлов, сварка при помощи электронных лучей, позволяющая получать глубокие и узкие швы на изделиях большой толщины. А лазерная сварка титана, использующая в нагреве энергию излучения лазера, применяется для наплавки, прошивки отверстий, резки и поверхностной обработки деталей.