Особенности сварки титана: аргонодуговая технология

Сварка титана, технология которой представляет сложность, заключающуюся в его активном взаимодействии с газами в жидком и нагретом состоянии, является крайне востребованной процедурой.

Сварка – это процесс создания неразрывного соединения путем нагрева элементов.

В процессе нагрева титан образует такие соединения, снижающие качество шва:

• оксиды;
• нитриды;
• карбиды.

Сварка титана и его сплавов ввиду его высокой химической активности не проводится методом электродуговой сварки с односторонней защитой поверхности сваривания заготовок, температурой более 600°. При аргонодуговом методе важным условием получения высококачественного шва является защита с обеих сторон всего участка сваривания от контакта с атмосферным воздухом. Как правило, это удается достичь посредством бескислородных флюсов, содержащих фтор. Аргон подается с использованием специальных газовых насадок. Чтобы обеспечить полноценную защиту оборотной стороне шва, используются специальные газовые подушки, а также подкладки, выполненные из металла и флюсов. О качественной защите сварочной зоны свидетельствует отсутствие образования оксидной пленки на поверхности шва.

Для качественной сварки титановые заготовки необходимо подвергнуть абразивной обработке.

До начала сборки поверхности заготовки возле краев, в местах сваривания и в пространстве около шва производится абразивная обработка на расстоянии 2 см от краев. Не допускается наличие трещин, заусенцев и других дефектов. Перед началом работ производится очистка титановых заготовок стальной щеткой от грязи и обезжиривание растворителем. Не допускается прихватывать заготовки, не обработанные растворителем, а также прикасаться к ним без рукавиц. По окончании сборки следует:

• проверить величину зазора;
• качество прихваток;
• убедиться в отсутствии грязи в местах соединения.

Требования, предъявляемые к рабочему месту. Во время сварки титановых сплавов необходимо обеспечить чистоту рабочего места, которое должно быть надежно защищено от таких факторов:

• сквозняки;
• повышенная влажность;
• пыль;
• жир.

Аргонодуговая и сварка полуавтоматом

Наиболее распространенными способами являются технология аргонодуговой сварки неплавящимся электродом и сварка полуавтоматом.

Схема аргоно-дуговой сварки титана.

Если соблюдены все требования технологии, получаемый шов обладает коррозионностойкостью, как и вся деталь. Наоборот, если имеют место нарушения технологии, качество соединения заметно снижается.

Титан в сравнении с остальными цветными металлами требует особого внимания к качеству подаваемого аргона. Жидкому металлу сварного соединения необходима стопроцентная защита от контакта с атмосферным воздухом. Помимо этого горячая зона около шва с корнем сварочного шва должна быть защищена в процессе кристаллизации и последующего остывания до 427°.

Аргонодуговой метод можно применять для соединения стыков без присадочной проволоки, если толщина листа не превышает 3 мм. В случае соединения металла большей толщины потребуется присадочный материал и разделка кромок. Здесь подойдет как сварка титана аргоном с подачей присадочной проволоки, так и полуавтоматическая, которая отличается экономичностью и большей производительностью при соединении заготовок толщиной более 10 мм.

Совет: использовать аргонодуговую сварку следует с осторожностью, чтобы не допустить взаимодействия вольфрамового электрода и сварочной ванны. Таким образом удастся предотвратить попадание частиц вольфрама в сварочный шов.

Источники питания

Для аргонодуговой сварки используется источник питания постоянного тока DC прямой полярности (DCSP), а для полуавтоматической – источник питания обратной полярности (DCRP). Сварочная горелка должна быть оборудована устройством дистанционного регулирования силы тока во избежание нарушения сварочного процесса и контроля охлаждения соединения посредством защиты аргоном, который обеспечивает:

Источник питания постоянного тока DC прямой полярности .

• первичную защиту жидкой сварочной ванны;
• вторичную защиту кристаллизующегося металла и зоны около шва;
• защиту оборотной стороны соединения.

Первичная защита жидкой сварочной ванны. Для обеспечения первичной защиты следует грамотно выбрать сварочную горелку. Она оборудована большим керамическим соплом, надежно защищающим жидкую сварочную ванну, и газовой линзой, равномерно подающей аргон.

Чтобы определить эффективность и расход аргона для данной операции, необходимо сделать пробный шов на отдельной титановой пластине. Качественное сварное соединение должно иметь серебристый цвет.

Вторичная защита кристаллизующегося металла и зоны около шва. Как правило, вторичная защита производится посредством специальной насадки на сварочную горелку. Насадка должна обеспечивать равномерное распределение аргона внутри устройства.

Совет: если используется большая насадка, необходимо позаботиться о водяном охлаждении. Если в насадке имеются медные диффузоры, то удается получить равномерный поток газа.

Защита оборотной стороны шва

Устройство для защиты оборотной стороны соединения представляет собой медные подкладки, которые защищают корневую часть шва и зону вокруг него и могут быть водоохлаждаемыми. Также могут быть использованы массивные стальные болванки в качестве радиаторов, охлаждающие сварные швы. Подкладки оснащены канавкой, расположенной под местом соединения. Давление аргона при данной операции необходимо вдвое меньше в сравнении с первичной защитой. Потребуются отдельные газовые редукторы для каждой из упомянутых выше видов защиты.

Особенности технологии

Немаловажное значение имеет техника сваривания титановых сплавов. Перед началом работы необходимо продуть:

Схема подключения аргоно-дуговой сварки.

• горелку;
• защитную насадку;
• подкладки для оборотной стороны соединения для удаления атмосферного воздуха из системы.

Электрическую дугу следует зажигать посредством осциллятора. По окончании работы затухание электрической дуги производится плавным снижением силы тока. Газ следует подавать в область соединения и зону вокруг него до охлаждения титана до 427 и менее градусов.

Если сварной шов имеет желтый или синий оттенок, это свидетельствует о преждевременном снятии аргона. Как правило, нет необходимости в предварительном нагреве заготовки перед началом сварочного процесса. Но если влага все же присутствует, сварные поверхности необходимо прогреть до 70°. Для аргонодуговой сварки длина электрической дуги без присадочной проволоки должна равняться диаметру неплавящегося электрода. В случае добавления присадочной проволоки этот показатель составляет 1-1,5 диаметра электрода.

В очистке между проходами нет необходимости, если шов имеет серебристый цвет. Если имеют место желтый или синий оттенки, потребуется очистка при помощи проволочной щетки. Швы темно-синего, серого или белого цветов зачищаются до полного удаления.

Холодная сварка титана

Процесс холодной сварки титана происходит посредством разрушения кристаллической решетки, взамен которой происходит образование новой путем соединения слоев титана. Холодную сварку титана ведут в твердом состоянии на открытом воздухе.

Холодная сварка белого титана имеет существенное отличие в том, что процесс происходит под воздействием давления без внешнего нагрева. Согласно инструкции по холодной сварке титана, работы разрешается производить при любой температуре воздуха.

В случае приложения нормальных усилий данный способ соединения титановых листов производится внахлест. Для этого используются специальные зажимы для фиксации, после чего начинается сварочный процесс. После снятия зажимов листы деформируются и надежно соединяются между собой.

Посредством аргонодуговой сварки титановых сплавов удается получать ровное и цельное соединение, что гарантирует высокую герметичность, прочность и продолжительный срок службы изделия.