Сварка титановых сплавов


Титан – это металл, довольно распространенный в природе. Основное отличие титана – это небольшой вес и высокая (1668 градусов) температура плавления.  А вот теплопроводность титана довольно низкая (в 2 раза ниже теплопроводности стали и в 4 раза ниже аналогичной характеристики железа), поэтому, несмотря на столь высокую температуру плавления, для проведения сварочных работ, когда речь идет о титане и его сплавах, требуется меньше тепла, чем при сварке стали.

 

 Сплав титана

 

Титан и его сплавы сегодня широко применяются в самолето- и ракетостроении, а также в машиностроительной, судостроительной и приборостроительной отрасли.

 

Сложности, возникающие при сварке титана и его сплавов.

Основной сложностью, возникающей в том случае, если ведется сварка титановых сплавов, является то, что при нагревании титановые сплавы начинают активно взаимодействовать с воздухом. Это взаимодействие начинается задолго до наступления температуры плавления титана – то есть, уже при 450 градусах.

  • В результате  взаимодействия титана с кислородом на поверхности свариваемой заготовки начинается образование оксида титана и окалины - то есть, образуется так называемый альфированный слой. Появление такого слоя может привести к тому, что на поверхности свариваемой детали появятся трещины. Чтобы этого не случилось, необходимо придерживаться норм, указывающих, что максимальное содержание кислорода  в любом титановом сплаве не должно превышать 0,015%.
  • Очень активно титановые сплавы при нагревании взаимодействуют и с азотом. Превышение содержания азота в сплаве приводит к изменению физических характеристик титанового сплава – прочность титана повышается, а вот его пластичность снижается в разы. По существующим нормам максимальная доля азота в титановом сплаве не должна быть выше 0,04-0,05%.
  • А самым вредным для титановых сплавов газом является водород. Именно превышение содержания водорода в титановых сплавах может привести к таким последствиям, как хрупкость сплава, появление на его поверхности трещин и пор. Причем, даже небольшое содержание водорода в сплаве способно стать причиной появления таких негативных характеристик. Нормативное содержание водорода в титановом сплаве не должно быть выше 0,01-0,015%.

 

Таким образом, главная задач, возникающая при выполнении сварки деталей, изготовленных из титановых сплавов – это защита заготовки от окружающего воздуха. Именно поэтому применение такого типа сварки, как дуговая сварка покрытыми электродами, считается в данном случае нецелесообразным. Чаще всего здесь применяется ручная дуговая сварка вольфрамовыми электродами в среде защитных инертных газов – в аргоне или гелии. Также в качестве защитной среды может выступать смесь этих газов.

 

Подготовка металла к сварке.

Взаимодействие титана с кислородом начинается еще до того, как титановый сплав подвергается нагреванию – то есть, уже при комнатной температуре. Именно поэтому перед тем, как начать сварочные работы, металл необходимо тщательно очистить от поверхностного альфированного слоя – в противном случае частицы этого слоя при сварке попадут в сварной шов, что значительно снизит качество сварки. Для очистки поверхности металла чаще всего используется плазменная резка, после чего свариваемые поверхности дополнительно обрабатываются механически.

Также необходимо специально обработать и используемую как присадочный материал сварочную проволоку для того, чтобы удалить из нее излишки водорода. Для этого, как правило, проволока подвергается вакуумному отжигу.

 

Защита металла при сварке.

Как известно, при сварке в среде защитных газов выполняется обдув газом электрода, свариваемой поверхности и ванны. Но когда речь идет о работе с титановыми сплавами, такой защиты совершенно недостаточно.

Существует несколько способов, помогающих оградить металл от воздействия окружающего воздуха, когда ведется сварка титановых сплавов.

  • Если сварка ведется на открытом воздухе, то применяют горелки с удлиняющими насадками, которые помогают увеличить площадь защищаемой поверхности.
  • Еще одним способом защиты металла является применение специальных камер. Если речь идет о сварке на открытом воздухе, то это может быть камера-насадка (рис. 1а). Такая камера помогает защитить и зону сварки, и сварной шов от воздействия газов, содержащихся в воздухе.
  • Обратная сторона шва при сварке титановых сплавов защищается с помощью специальной накладки (рис. 1б). Такая накладка имеет канавку, в которую и поступает защитный газ.
  • В тех случаях, если выполняется сварка титановых труб,  защитный газ может подаваться внутрь трубы (рис. 1в).
  • Если же необходимо выполнить сварку достаточно сложной конструкции, которую невозможно защитить полностью с помощью таких местных способов защиты, то при сварке используется специальная герметичная камера, в которую помещают всю свариваемую конструкцию.

 

Газовая защита при сварке титана

 

Контроль качества сварного шва.

Качество сварного шва вполне можно проконтролировать по его цвету. Чем выше нагревается титановый сплав, тем интенсивнее он способен поглощать кислород. В результате этого  изменяется цвет металла – сначала он может быть золотистым, постепенно становясь темно-фиолетовым, а потом переходить в белый цвет.

При работе с  изделиями, изготовленными из титановых сплавов, могут применяться и другие типы сварки, среди них наиболее часто применяется  сварка неплавящимся или плавящимся электродом, плазменная сварка, лазерная сварка, электрошлаковая сварка. Независимо от того, какой тип сварки выбран, необходимо тщательно следить за выполнением всех нюансов, которыми обладает технология сварки титановых сплавов – именно это может гарантировать высокое качество сварного шва, а значит и высокое качество работы.

Читайте также:

Сварка тонкостенных труб – процесс, довольно востребованный как при прокладке различных трубопроводов, так и в домашних условиях при монтаже коммуникаций. Сварка труб вообще требует определенных навыков и умений, а сварка тонкостенных труб, кроме того, имеет и ряд дополнительных нюансов, возникающих вследствие сложностей сварки тонкого металла. 

Сваривание металлоизделий может осуществлять разными способами. Для этих целей могут применяться сварочная дуга, газовая или плазменная сварка. Существуют также способы позволяющие соединять детали за счет пластической деформации. О том, какие способы сварки сегодня используются, и какие из них наиболее популярны расскажем дальше. 

Надежность любого трубопровода практически на 100% зависит от качества соединения отдельных труб. Именно поэтому наиболее часто при строительстве трубопровода используется сварное соединение. А наиболее распространенным методом сварки, который применяется более чем в 50% случаях, является ручная дуговая сварка. 

Рекомендовано: