Сварка титана - описание технологии и пошаговая инструкция

Сварка титана аргоном, технология, полуавтоматом, его сплавов, как в домашних условиях

Титан обладает набором уникальных свойств, благодаря чему используется как в промышленном производстве, так и в медицинских целях. Из него изготавливают легкие детали летательных аппаратов, протезы, не отторгаемые организмом человека. Однако, сварка титана – процесс не из легких. Для упрощения его используются особые приспособления и технологии.

  1. Специфические свойства металла
  2. Сплавы
  3. Подготовка образцов (кромок)
  4. Какие методы применяют?
  5. Ручной дуговой
  6. Автоматический
  7. Электрошлаковый
  8. Контактный
  9. Под флюсом
  10. Холодный
  11. Шовный роликовый
  12. Режимы конденсаторной стыковой сварки титановых труб
  13. Ручной процесс
  14. Электроды
  15. Проволока
  16. Горелка
  17. Особенности технологии
  18. Сварка титана и его сплавов со стальными заготовками – особенности процесса
  19. Контроль качества
  20. Возможные дефекты

Специфические свойства металла

Титан обладает такими особенностями:

  • самовозгорается в среде кислорода,
  • обладает низкой теплопроводностью,
  • активно вступает в реакции при нагревании до 400°С,
  • поглощает водород, азотируется,
  • быстро окисляется.

Сплавы

Соединения на основе титана плавятся при температуре 1468-1830°С. Элементы отличаются повышенной коррозионной и жаростойкостью. Сплавы легко поддаются закалке при введении снижающих пластичность добавок – ванадия, хрома, марганца.

При нагревании до 400°С металл активно вступает в реакции с азотом и кислородом, находящимися в воздухе. При нагревании до 800°С зернистость и пористость металла возрастает. Потому сваривание деталей из титана должна осуществляться при исключении воздействия окисляющих газов.

Подготовка образцов (кромок)

Перед тем как сварить титан и его сплавы удаляется окисленная пленка – элементы обезжириваются и зачищаются.

Поверхности вдоль кромок обрабатываются на протяжении 10 минут раствором из соляной кислоты (35%), воды (65%) с добавлением 50 г натрия фторида. Смесь нагревается до 70°С.

Затем кромки шлифуются наждачкой или щетками – удаляются трещины и заусенцы.

Какие методы применяют?

Ручной дуговой

Ручная сварка изделий из титана аргоном используется преимущественно в небольшом производстве или при особо сложных работах при невозможности применения автомата.

При сварке электрод ведется прямо, с наклоном в переднюю сторону по направлению шва. Если необходимо применение присадочной проволоки, то она должна поступать постоянно, стержень при этом ставится перпендикулярно к свариваемым элементам.

По окончании аргонодуговой сварки защитная среда подается еще на протяжении 2 минут – за это время должен успеть охладиться заключительный участок шва.

Автоматический

Выполняется на постоянном токе с помощью вольфрамовых электродов при прямой полярности. Горелка подбирается с диаметром сопла 12-15 мм.

Дуга возбуждается и гасится не на элементах, а на начальных планках, так как в ином случае возможно проплавление соединяемых изделий.

Электрошлаковый

Способ используется редко, в основном для нержавеющих деталей с добавлением к титану олова или алюминия. Подразумевается применение пластинчатых электродов размером 12х60 мм. С их помощью получается высокопрочный шов. Ток сварки достигает 1,5 кА.

Сварка прессованных изделий выполняется круглыми стержнями сечением 8 мм.

Контактный

Для такого метода титановые электроды требуются только для подвода дуги к рабочей области. Розжиг ее выполняется между соединяемыми зонами изделий, сближающихся при давлении сварочных стержней.

Способ используется для сопряжения тонких листовых изделий.

Под флюсом

Шовная линия покрывается флюсовым порошком. Защищающие газы выделяются в процессе плавления порошка под электродугой, закрывая околошовную область и сварную ванну.

Способ позволяет сваривать элементы толщиной до 5 мм при соединении в угол, при сопряжении внахлест – толщиной до 3 мм. Сварка выполняется очень быстро – со скорость до 50 м/ч.

Холодный

Холодная сварка используется в твердой фазе на обычном воздухе под высоким давлением. Сопряжение осуществляется внахлест. Изделия зажимаются специальными зажимами, после удаления которых происходит деформация титана. Таким образом детали соединяются.

Шовный роликовый

Применяются стержни в форме роликов, катящихся вдоль будущего шва и сжимающие соединяемые элементы. На линию подается мощные токовые импульсы. Проплавленные зоны перекрывают друг друга на 15%, образуя герметичный рубец.

Режимы конденсаторной стыковой сварки титановых труб

Конденсаторный способ сварки титановых труб подразумевает периодическую подачу мощных импульсов, а не постоянную. Защитные газы при этом не требуются. Соединяются трубы сечением до 23 мм с толщиной стенки не выше 1,5 мм.

Ручной процесс

Электроды

При ручной сварке используются вольфрамовые стержни, заточенные под углом 35-40°. При интенсивном применении стержень требуется периодически подтачивать.

Чем на больший угол сточен электрод, тем больше глубина проплавки.

Проволока

Проволока используется только из соответствующего сплава титана. Предварительно она прокалятся под вакуумом для удаления водорода и обязательно защищается от окисления. Такая проволока должна храниться в закрытой тубе не более 5 суток.

Читайте также:  Переправа Крым Кавказ 2020 �� цена, билеты, расписание

Для сварки изделий толщиной до 1,5 мм встык применение присадки необязательно.

Горелка

Горелка применятся со специальными приспособлениями, уберегающими титан от азотирования и окисления. По ГОСТ область соединения должна защищаться от воздействия атмосферного воздуха.

Особенности технологии

Должны обеспечиваться беспрерывное поступление присадки и постоянная скорость перемещения электрода, точность движений.

Скорость расхода аргона – 5-8 л/мин, на изнаночной стороне рубца – 2 л/мин.

При соединении труб необходима герметизация их концов, инертный газ поступает от насоса.

Перед тем как сварить титан в домашних условиях, следует знать, что трубы невозможно соединить качественно, за исключением применения конденсаторной сварки. Их можно сопрягать и без инертного газа, параметр зарядного напряжения должен составлять 850-2100 В.

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.

Контроль качества

Контроль качества можно выполнить визуально. Шов должен быть серебристого цвета и без трещин. Желтоваты рубец свидетельствует о среднем качестве, но приемлемом.

Любые иные оттенки говорят о нарушении технологии и содержании в материале рубца посторонних примесей. Такие соединения не обладают достаточной прочностью.

Возможные дефекты

Самым распространенным дефектом является пористость рубца, появляющаяся при поглощении расплавленным металлом воздушных пузырьков.

Чтобы минимизировать пористость следует:

  • тщательно подготовить поверхности – зачистить их и обезжирить,
  • обеспечить требуемый уровень защиты сварной зоны и ванны.

Сергей Иванов, сварщик, стаж работы – 15 лет: «Несмотря на сложность процесса, сварка титана достаточно распространена. Выполнить ее в домашних условиях сложно, но возможно. Для этого следует неукоснительно соблюдать технологию и тщательно подбирать присадочные материалы».

Как варить титан в аргоновой среде

Титан применяется во многих областях промышленности, в судостроении, в медицине для изготовления протезов. Причина использования — высокая прочность при небольшой массе, активное сопротивление процессам коррозии. Металл не относится к числу редких элементов. Его добывается больше, чем цинка, свинца или меди. Цена высокая по причине затратной обработки заготовок. Для соединения деталей используется сварка титана аргоном.

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.

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.

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.

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

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.

Читайте также:  Установка противотуманок на Лада Приора - Ремонт ваз своими руками

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Читайте также:  Кривошипно шатунный механизм самая важная система двигателя

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.

Дефекты и методы исправления

При работе с титаном встречаются различные дефекты, предусмотренные ГОСТом:

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

В шве не допускаются разрывы и трещины, которые в дальнейшем становятся очагами разрушения. Причина дефектов — содержание в металле лишнего углерода, водорода, фосфора или никеля. Для удаления трещин необходимо засверлить их концы, зачистить место дефекта и заварить его заново.

Поры — это заполненные газом полости. Их нужно обработать механическими способами, зачистить и переварить.

Твердые включения встречаются в виде инородных веществ, попавших в шов. Такое место полностью удаляется и соединяется заново.

Несплавление — часть металла не соединилась со швом. Причина — неправильный режим работы аппарата, угол наклона электрода или недостаточная обработка заготовки. Дефектное место полностью удаляется, детали свариваются вновь.

Избежать дефектов можно только при использовании лазерной техники.

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.

Подготовка материала

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

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.

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.

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.

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.

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).

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector