Сварка титана и его сплавов

Сварка титана. Технологии и аппараты для сварки титана

Титан в последние годы часто используется для изготовления различных деталей, что во многом объясняется сочетанием трех важнейших для металла качеств – высокой механической прочности, небольшого удельного веса и отличной устойчивости к коррозии. Неудивительно, что всё чаще возникает потребность в сварке изделий из титана, причем в этом случае на первый план выходят совсем другие физические свойства данного материала: химическая активность, низкая плотность, высокая температура плавления.

Вышеперечисленные качества титана несколько усложняют процесс его сварки по сравнению с обычной сталью, однако эти трудности можно обойти благодаря приемам, применяемым в ходе аналогичных технологических процессов с нержавеющей сталью, сплавами никеля и другими металлами с похожими характеристиками. При этом необходимо учитывать и ряд нюансов, свойственных исключительно титану. В данном случае гораздо больше времени занимает подготовительный процесс, чем собственно процесс сварки.

В частности, особые требования предъявляются к организации места, на котором производится сварка. Этот элемент весьма активен, а потому легко реагирует с окружающими его веществами, что может в худшую сторону отразиться на качестве сварного соединения, в частности сопротивлении усталости, прочности, стойкости к коррозии. При этом в защите нуждаются не только свариваемые поверхности, но и их обратные стороны. Для исключения этого необходимо максимально оградить зону сварки от всевозможных загрязнений, в том числе от потоков воздуха, которые могут их содержать, исключить возможность осуществления зачистки и резки в том же месте, где осуществляется сварка, и постоянно контролировать уровень влажности.

Перед тем как приступать непосредственно к сварочному процессу, необходимо тщательно очистить от всевозможных загрязнений кромки изделий и присадочные материалы. Наличие на них пыли, жира, влаги, масла и других посторонних веществ может привести к потере коррозионной стойкости изделия в месте соединения. При этом необходимо учесть некоторые особенности этого процесса. Для жесткой зачистки можно использовать только щетку с щетиной из нержавеющей стали (обычная повышает риск последующей коррозии), присадочный материал желательно протереть нехлорированным растворителем. Предварительный прогрев кромок при сваривании титановых изделий не нужен, но его иногда используют с целью удаления влаги. Очистке должна подвергаться поверхность минимум на 25 мм в каждую сторону от шва.

Для защиты тыльной стороны шва при сварке титановых деталей применяют подкладки с канавками, которые размещаются под местом соединения. Они же выполняют функцию отвода избыточного тепла. Для отделения тыльной стороны шва от атмосферы необходим вдвое меньший поток газа, чем для фронтальной зоны, однако он требует подключения дополнительного редуктора.

Для получения идеального соединения желательно также обеспечить дополнительную защиту самого шва и прилегающей к нему зоны на время охлаждения металла до температуры 427 градусов по Цельсию, пока он остается достаточно активным. Для этой цели используются специальные насадки для горелки. При этом конструкция последних должна обеспечивать равномерную подачу газа.

Соблюдение технологии сварки и качество шва можно проверить по цвету последнего. Идеальный шов – ярко-серебристый. Если он имеет желтоватый или синеватый оттенок, это свидетельствует о недостаточно продолжительной вторичной защите. В этом случае, а также при наличии видимых посторонних включений шов необходимо удалить путем зачистки, после чего произвести повторную сварку.

Технологии и аппараты для сварки титана

Оптимальными технологиями для сварки изделий из титана являются аргонодуговая сварка (TIG), а также полуавтоматическая сварка в среде защитного инертного газа (MIG). Чуть реже используется плазменная сварка и сварка трением. При условии четкого следования технологии полученное соединение не уступает по своим свойствам основному металлу.

TIG-сварка при толщине изделий не более 3 мм может осуществляться без использования сварочного материала. При большей толщине необходимо использовать подходящий пруток и разделку кромок. При использовании этого способа крайне важно не допускать контакта электрода с поверхностью соединяемого металла не только для предупреждения его повреждения, но предотвращения проникновения вольфрама в соединение. Для сварки изделий из титана необходим аппарат TIG-сварки с источником постоянного тока прямой полярности с бесконтактным поджигом дуги. Предпочтительно наличие опции подключения дистанционного управления током, а также таймеров для регулирования времени подачи защитного газа во время продувки перед началом сварки и по её окончании.

MIG-сварку целесообразно применять при толщине металла от 10 мм. В данном случае необходим источник постоянного тока обратной полярности с возможностью дистанционного регулирования величины сварочного тока. Это позволяет обеспечить необходимый контроль охлаждения и защиты шва инертным газом.