Зварювання титану та його сплавів – технологія та особливості
Офіційний представникMade in Germany
Статті про зварювання
Читайте також.
ПІДПИСУЙСЯ ВКонтакті!
Зварювання титану та його сплавів – технологія та особливості
- розмір шрифту зменшити розмір шрифту збільшити розмір шрифту
Виготовлення виробів із титану за допомогою зварювання в даний час є звичайним процесом для багатьох виробників. Давно визнано, що титан не є екзотичним металом і не вимагає його зварювання особливих процесів ітехнологій. Зрозуміло, що титан зварюється так само, як і інші високоякісні метали, за умови врахування його унікальних властивостей.
- Низька щільність титану - низький модуль пружності - Висока температура плавлення титану - низька пластичність титану
Компенсація цих відмінностей дозволяєзварювання титану та його сплавів, використовуючи методи, аналогічні, наприклад, зварюванню нержавіючої сталі або сплавів на основі нікелю.
У цій статті ми розглянемо загальні операції та технології, які використовуються при зварюванні титану. Дана інформація призначена для використання як керівні принципи.
Вимога до зварювального робочого місця при зварюванні титану
Титан є хімічно активним металом, який утворює зварне з'єднання з менш оптимальними властивостями. Поверхня титану містить крихкі карбіди, нітриди та оксиди, кожен з яких, нагріваючись і охолоджуючись на повітрі, може знизити опір втоми та міцність зварного шва та зони термічного впливу (ЗТВ). Мало того, що потрібний постійний захист поверхні, що зварюється, необхідно також захист зворотної сторони зварного шва.
При зварюваннітитану та його сплавів потрібно приділити особливу увагу чистоті робочого місця. Для зварювальних цехів, де виконуються роботи з різними металами, необхідно виділити спеціальну область, яка використовуватиметься спеціально для зварювання титану. Місце, відведене для цього, має бути захищене від потоків повітря, вологи, пилу, жиру та інших забруднень, які можуть перешкоджати якісному зварюванню. Це місце має бути захищене від впливу таких процесів, як зачищення, різання та фарбування. Крім того, має бути під контролем і вологість повітря.
Процеси аргонодугового TIG та напівавтоматичного MIG зварювання титану
Титан та його сплави зварюються кількома процесами. Найбільш частим видом зварювання є аргонодугове зварювання TIG вольфрамовим електродом та напівавтоматичне MIG зварювання. Так само можна зустріти застосування таких процесів як плазмове зварювання, електронно-променеве зварювання та зварювання тертям, але ці процеси використовуються в обмеженому ступені. Описані у цій статтітехнології зварювання титану та основні принципи стосуватимуться в першу чергу TIG та MIG зварювання титану.
При правильній технології зварювання титану одержувані зварні з'єднання є корозійно-стійкими, як і основний метал. Навпаки, неправильно зварені шви можуть стати крихкими та менш корозійностійкими порівняно з основним металом.
Технології та обладнання, що використовуються при зварюванні титану, аналогічні тим, які потрібні для інших високоякісних матеріалів, таких як нержавіюча сталь або сплави на основі нікелю. Титан, однак, вимагає більшої уваги до чистоти та використання допоміжного інертного газу. Розплавлений метал зварного шва титану має бути повністю захищений від взаємодії повітря. Крім того, гарячанавколошовна зона та корінь зварювального шва повинні бути постійно захищені також під час остигання до температури 427 °C.
Процес TIG може бути використаний для стикових з'єднань без подачі матеріалу при товщині листа приблизно до 3 мм. Зварювання товстішого металу, як правило, вимагає використання присадного металу та оброблення кромок. Тут можна використовувати TIG зварювання з подачею дроту або напівавтоматичну MIG зварювання. Напівавтоматичне зварювання є найбільш економічним та продуктивним при товщинах титану від 10 мм. Якщо використовується процес TIG, слід виявляти обережність, щоб запобігти контакту вольфрамового електрода зі зварювальною ванною. Тим самим запобігаючи попаданню частинок вольфраму у зварювальний шов.
Джерела живлення
Джерело живлення постійного струму DC прямої полярності (DCSP) використовується для зварювання TIG титану. Для зварювання MIG потрібне джерело струму зворотної полярності (DCRP). На зварювальному пальнику має бути дистанційне керування силою струму, щоб не порушувати процес зварювання та контролювати охолодження зварного шва за допомогою захисту інертним зварювальним газом. Бажаною характеристикою апарату для TIG зварювання титану є ножна педаль управління струмом, високочастотним запалюванням та таймерами захисного газу, для попереднього та остаточного продування.
Інертний захисний газ
Захист повинен бути постійним для титанових зварних з'єднань до їх остигання до температури 427 °C, а також розплавленої зварювальної ванни з метою запобігання взаємодії з повітрям. Як для TIG зварювання, так і для MIG зварювання як захисний газ та для забезпечення необхідного захисту застосовується аргон або гелій.
Захисний газ необхідний:
- Первинний захист розплавленоїзварювальної ванни
- Вторинний захист розплавленого металу, що охолоджується, і навколошовної зони
- Захист зворотного боку зварювального шва
Первинний захист розплавленої зварювальної ванни
Сопло має забезпечувати адекватний захист для всієї розплавленої зварювальної ванни. Газова лінза забезпечує рівномірний не турбулентний потік інертного газу.
Як правило, для первинного захисту використовується аргон через його найкращі характеристики стабільності дуги. Аргонно-гелієві суміші можуть бути використані при більш високій напрузі та для більшого проникнення в метал.
Визначення витрати та ефективність зварювального газу для первинного захисту повинні бути перевірені до початку зварювальних робіт на окремій титановій пластині. Незабруднені, тобто. захищені зварні шви повинні бути яскраві та сріблясті на вигляд.
Вторинний захист розплавленого металу, що охолоджується, і навколошовної зони
Дизайн насадки повинен бути компактним і сприятиме рівномірному розподілу інертного газу всередині пристрою. Слід враховувати також можливість водяного охолодження, особливо великих насадок.
Наявність у насадці мідних або бронзових дифузорів сприяють не турбулентному потоку інертного газу для захисту.
Захист зворотного боку зварювального шва
Основна мета пристрою захисту зворотної сторони зварного шва полягає у забезпеченні захисту інертним газом кореневої частини шва і околошовной зони. Такими пристроями є мідні підкладки. З водяним охолодженням або масивні металеві болванки також можуть бути використані як радіатори для охолодження зварних швів. Ці підкладки мають канавку, розташовану безпосередньо під зварним швом. Для захисту зі зворотного боку, як правило, потік зварювального газу вдвічі менший, ніж для первинного захисту.
Важливо використання окремих газових редукторів для первинного, вторинного та захисту зі зворотного боку. Таймери та електромагнітні клапани керують продуванням до та після зварювання.
Очищення поверхні та присадного металу перед зварюванням
Перед зварюванням титану, важливо, щоб зварні шви та прутки (дріт) були очищені від окалини, бруду, пилу, жиру, олії, вологи та інших можливих забруднень. Включення цих забруднень до титану може погіршити властивості та корозійну стійкість зварювального з'єднання. Якщо пруток здається брудним, протирання його нехлорованим розчинником перед використанням є гарною практикою. У важких випадках при особливих забрудненнях може бути необхідне очищення кислотою. Усі поверхні зварного з'єднання та навколошовної зони на відстань 25 мм мають бути очищені. Розчинники особливо ефективні у видаленні слідів жиру та олії. Очищення металу повинне проводитися щіткою з нержавіючої сталі. За жодних обставин не використовуйте сталеві щітки через небезпеку впровадження в поверхню титану частинок заліза та його подальшої корозії.
Технологія TIG зварювання титану та його сплавів
На додаток до чистоти поверхні, що зварюється іприсадного металу, відповідних параметрів зварювання, а також належного інертного захисного газу вимагає уваги техніка зварювання. Неправильна техніка може бути джерелом появи дефектів. Перед початком зварювання повинні бути зроблені продування пальника, захисної насадки та підкладки для зворотного боку шва, щоб переконатися, що все повітря видалено з системи. Для запалювання дуги має бути використане високочастотне запалювання. Подряпини, від вольфрамових електродів є джерелом вольфрамових включень у зварних швах титану. Згасання дуги наприкінці зварювання має відбуватися плавним спаданням струму. Захист шва та навколошовної зони повинен бути продовжений до охолодження титану до температури нижче 427 °C.
Вторинний та захист кореня шва також повинні бути продовжені. Зварний шов жовтого або синього кольору вказує на передчасне зняття захисного газу. Попереднє нагрівання при зварюванні титану зазвичай не потрібно. Однак якщо підозрюється наявність вологи через низькі температури або високу вологість, нагрівання може бути необхідним. Нагріву газовим пальником зварених поверхонь до 70 °C, як правило, достатньо, щоб видалити вологу.
Довжина дуги для TIG зварювання титану без дроту присади повинна бути приблизно дорівнює діаметру вольфрамового електрода. Якщо додається присадка, максимальна довжина дуги повинна бути близько 1-1,5 діаметра електрода.
Колір зварювального шва титану відображає його якість
Очищення між проходами не потрібне, якщо зварний шов залишається яскравим та сріблястим. Шви жовтуватого або блакитного кольору можуть бути видалені дротяною щіткою з нержавіючого дроту. Неякісні зварні шви, про що свідчить темно-синій, сірий або білий порошкоподібний кольори, повинні бути повністю видалені зачисткою.З'єднання потім має бути ретельно підготовлене та знову очищене перед зварюванням.
Як видно з цієї статті, зварювання титану та його сплавів це не така складна наука, і використовуючи зазначені правила та технології можна досягти високоякісних швів без особливих зусиль. Основою технології зварювання титану є підготовка з'єднання та матеріалу перед зварюванням та захист зварювального шва, його зворотного боку та навколошовної зони. В іншому зварювання титану дуже схоже на зварювання інших металів, але потребує різного розподілу часу в процесі. У той час як при зварюванні стали 30% часу йде на підготовку і 70% на зварювання, при зварюванні титану якраз навпаки: 70% на підготовку і 30% на зварювання.