http://electrosvarka.su/ - Дуговая сварка и резка металлов   
 

Дуговая сварка титана и его сплавов

Просмотров: 120080
Материалы по теме:
Газовая сварка.Ручная дуговая сварка.

Бурное развитие ряда отраслей промышленности потребовало применения новых конструкционных материалов, среди которых титан занимает первое место. Редкое сочетание в нем высоких механических и специальных свойств обусловили непрерывно расширяющееся применение его в авиапромышленности, судостроении, химическом машиностроении и других важных отраслях производства.

Титан имеет малый удельный вес, высокую температуру плавления (1660 град.), большую коррозионную стойкость во многих агрессивных средах и высокую прочность при нормальных и высоких температурах.

Благодаря этому в определенных условиях эксплуатации титан и его сплавы имеют неоспоримые преимущества перед широко известными конструкционными материалами, такими, как алюминиевые и магниевые сплавы, кислотостойкие и теплоустойчивые аустенитные стали и др.

Технический титан содержит примеси, из которых важнейшими являются азот, кислород, водород, углерод (табл. 1). Эти примеси повышают прочность и снижают пластичность и вязкость металла, что в сварных швах вызывает образование холодных трещин.

         
Таблица 1. Химический состав, структура и механические свойства некоторых титановых сплавов.
Марка сплава Химический состав, % Структура Механические свойства
Ti Al Мо Мп V Сг Sn Fe Si С O2 H2 N2 dт кГ/мм2 dв кГ/мм2 относительное удлинение, % коэффициент потерь, % коэффициент наплавки HB
не более
ВТ-1 Основа             0,3 0,15 0,1 0,015 0,015 0,04 альфа 38-60 45-70 20 - 25 45 - 50   130 - 250
ВТ-3 Основа 4-5.2       2-3   0,3 0,2 0,1 0,02 0,015 0,05 альфа+бета 85 - 105 95 - 115 10-16 25 - 40 3 - 6 260 - 340
ВТ-3-1 Основа 4 - 5,2 1 - 2     1,5 - 2,5   0,5 0,2 0,1 0.02 0,015 0,05 альфа+бета 85-110 95 - 120 10 - 16 25 - 40 3 - 6 260 - 340
ВТ-4 Основа 4 - 5           0,3 0,15 0,05 0,015 0,15 0,03 альфа+бета 70-80 85 - 105 15 - 22 20 - 30 3 - 5  
ВТ-5 Основа 4 - 5,5           0,3 0,15 0,05 0,015 0,015 0,04 альфа 70-85 80 - 95 10-15 30 - 45 3 - 6 269
ВТ-5-1 Основа 4 - 5,5         2-3 0,3 0,15 0,1 0,015 0,015 0,04 альфа 65 - 85 75 - 95 12 - 25 20-25 4 - 9 240
ВТ-6 Основа 3 - 6,5     3,5 - 4,5     0,3 0.15 0.05 0,015 0,015 0,04 альфа+бета 80-90 90 - 120 10 - 15 30 - 45 4 - 8 320
ВТ-8 Основа 5,8 - 6,8 2.8-3,8         0,4 0.2 0,1 0,02 0,015 0,04 альфа+бета 95 - 110 105 - 125 9-16 30 - 55 3 - 6 310
ОТ-4 Основа 2 - 3,5   1 - 2       0.4 0,15 0.1 0,015 0,015 0.04 альфа+бета 55 - 65 70 - 90 12 - 20 25 - 55 3,5 - 6,5 200 - 300
ОТЧ-1 Основа 1 - 2,5   0,8 - 2       0,4 0,15 0.1 0,015 0,015 0.04 альфа+бета 50 - 65 60 - 75 20-40 30 - 50 5,0 - 1,0 210 - 250

Для обеспечения хорошей свариваемости в техническом титане ограничивают содержание этих примесей. Титан имеет две аллотропические формы: альфа-титан, имеющий гексагональную решетку и существующий до 882oC — этому способствуют легирующие примеси алюминия, олова, циркония; бета-титан — высокотемпературная модификация с кубической объемноцентрированной решеткой — этому способствуют легирующие примеси алюминия, молибдена, ванадия, марганца, железа, хрома.

В зависимости от степени легирования титана указанными элементами сплав при охлаждении до комнатной температуры сохраняет некоторое количеством или полностью бета-фазу. Таким образом по микроструктуре сплавы титана могут быть подразделены на однофазные сплавы, имеющие при комнатной температуре альфа- и бета-фазу, и на двухфазные сплавы, имеющие при комнатной температуре фазы альфа+бета.

Практическое применение находят сплавы, имеющие в своем составе или только альфа-фазу, или двухфазные альфа+бета фазы.

Сварка титана сопряжена с определенными трудностями, главной из которых является большая химическая активность титана при высоких температурах по отношению к азоту, кислороду и водороду.

Поэтому необходимым условием для получения качественного соединения при сварке является надежная защита от газов воздуха не только сварочной ванны, но и остывающих участков металла шва и зоны термического влияния вплоть до температуры 400oC. Необходимо также защищать обратную сторону шва даже и том случае, если она не расплавляется, а только нагревается выше 400oC.

Определенные трудности возникают в связи с большой склонностью титана к росту зерна при нагреве до высоких температур, особенно в области бета-фазы. Для предотвращения этого сварку следует производить с возможно минимальной погонной энергией.

Частым дефектом сварных швов титановых соединений являются холодные трещины. Холодные трещины возникают в том случае, если шов имеет пониженные пластические свойства вследствие насыщения газами. При этом холодные трещины в швах могут образоваться со временем.

Основной причиной появления холодных трещин является большая растворимость водорода в титане при высоких температурах. При значительном снижении растворимости с понижением температуры выпадение водорода из твердого раствора при охлаждении, а также из полностью остывшего металла сопровождается образованием гидридов, приводящих к хрупкости титана, и возникновению в шве больших внутренних напряжений, и, как следствие - трещин.

Для предохранения металла шва от насыщения водородом рекомендуется применять электродную или присадочную проволоку, предварительно подвергнутую вакуумному отжигу. Содержание водорода в такой проволоке не превышает 0,004—0,006%.

Для соединения деталей из титана и его сплавов применяются: ручная аргоно-дуговая сварка неплавящимся электродом; автоматическая аргоно-дуговая сварка проволокой из титана; автоматическая дуговая сварка под флюсом; электрошлаковая сварка с подачей на поверхность шлаковой ванны инертного газа.

Схема ручной сварки титана неплавящимся электродом
рис.1. Схема ручной сварки титана неплавящимся электродом

Некоторые технологические указания по сварке титана и его сплавов вольфрамовым электродом в аргоне приведены ниже.

  1. Сварку производить постоянным током при прямой полярности.
  2. Зажигание дуги производить касанием вольфрамового электрода о свариваемое изделие, причем только при наличии газовой защиты.
  3. При наплавке валика вольфрамовый электрод располагать иод углом 70—85o к поверхности свариваемого изделия, а присадочный материал под 90—100o к оси электрода (рис.1).
  4. Вылет вольфрамового электрода должен быть равным 6—8 мм. Длина дуги должна поддерживаться постоянной в пределах 1—2 мм.
  5. Присадочный материал вводить в зону сварки равномерно, без поперечных колебаний, опираясь концом стержня на край сварочной ванны. Нагретый конец присадочного стержня не должен выводиться из зоны газовой защиты.
  6. Горелку перемещать равномерно-поступательно  без   поперечных   колебаний.
  7. Гасить дугу следует выключением сварочного тока кнопкой, расположенной на горелке, предварительно заплавив   кратер.
  8. Прекращать подачу защитного газа через горелку и отвод ее от изделия осуществлять только через 5—10 сек после потемнения шва.
  9. При   многопроходной сварке после каждого прохода производить тщательную зачистку сварных швов от окисной пленки.
  10. Защиту обратной стороны шва производить плотно подгоняемыми медными и стальными подкладками, остающимися подкладками из технического титана, поддувом аргона в специальные канавки в подкладках, или в устанавливаемые карманы вдоль сварного шва.

При выполнении угловых и нахлесточиых соединений крупногабаритных изделий, когда поддув аргона затруднен, сварку можно производить без защиты обратной стороны шва, выполняя сварку на участках длиной 15—20 мм с перерывами при минимальном  разогреве свариваемых  элементов.

Таблица 2. Режимы ручной аргоно-дуговой сварки титана и его сплавов.
Толщина свариваемых кромок, мм Сила тока, а Диаметр присадочного материала (проволока), мм Диаметр мундштука, мм Расход аргона через горелку, л/мин
0,5 15-30 1,0 8-10 8-12
1,0 50—60 1,5 8—10 8—12
2,0 80—100 2,0 10-12 10—14
3,0 120—140 3,0 10-12 10—14
4,0 120—150 3,0 12-16 12-16
5,0 130—160 3,0 12-16 12—16
7,0 140—180 3—4 12—16 12-16
Примечания.   
  1. Напряжении на дуге 12—16 В.
  2. Скорость наложения прохода 20—25 см/мин.
Таблица 3. Режимы автоматической сварки титана плавящимся электродом
Толщина металла, мм Метод сварки Диаметр электродной проволоки, мм Ток, А Напряжение дуги, В Скорость подачи электродной проволоки, м/ч Скорость сварки, м/ч
2,5 Односторонний шов на остающейся подкладке 2 180—200 30—32 160-165 50
4 Односторонний шов на остающейся подкладке 2,5 270-290 30—32 185—190 50
6 Односторонний    шов     на медной подкладке 3 390—420 30—32 170—175 50
8 Односторонний    шов     на медной подкладке 4 590—600 32—34 95—100 45
8 Двухсторонний шов 3 310—330 30—32 135—140 50
10 Односторонний    шов     на медной подкладке 4 600—620 32—34 110—115 45
12 Двухсторонний шов 3 350—400 30—32 160—165 50
Rambler's Top100