Сварка титана вт1 0

Обновлено: 24.01.2025

Титан и его сплавы нашли широкое применение в самых ответственных отраслях современного машиностроения, благодаря их низкой массе, высокой прочности и стойкости к агрессивным химическим средам.

Особенности сварки титана и его сплавов

В то же время сварка этих материалов сильно затруднена, что объясняется рядом их свойств:

высокая температура плавления (1470-1825℃);
склонность к увеличению размеров кристаллов и появлению пор при температурах более 880℃;
окисление металла атмосферным воздухом, высокая химическая активность всех зон, температура которых превышает 400℃;
сплавы, содержащие железо, хром, марганец, молибден, вольфрам или ванадий, склонны к закалке и обладают низкой пластичностью, в ряде случаев после сварки требуется их отжиг.

Эти факторы обусловили необходимость сварки титана и его сплавов в защитных газовых средах, в первую очередь, аргоновой и гелиевой. Кроме того, одной из главных задач сварочного оборудования, задействованного в работе с данными металлами, является минимизация времени и площади термического воздействия как на шов, так и на прилежащие к нему зоны.

Вне зависимости от использованного вида сварки и технологического процесса прочность шва по отношению к прочности основного металла не превышает 80%, что нужно учитывать при проектировании титановых конструкций.

В настоящее время ведется поиск более эффективных методов соединения материала.

Подготовка титана и его сплавов под сварку

Процесс изготовления любых полуфабрикатов и заготовок из титана и его сплавов связан с термической обработкой металла. Это значит, что на поверхности изделий содержится плотная оксидно-нитридная пленка, без разрушения которой сварочные работы будут невозможны или неэффективны. Поэтому процесс подготовки к сварке имеет такую последовательность:

Подгонка заготовок, кромкование в случае необходимости.
Механическая обработка (шлифование) подготовленных кромок, а также прилегающих к ним поверхностей.
Химическая обработка стыка. Для растворения остаточных пленок используется смесь дистиллированной воды, соляной кислоты и фторида натрия в пропорции 13:7:1. Время воздействия на металл составляет 5-10 минут, необходимая температура – около 60℃.
Окончательная обработка. Непосредственно перед сваркой стык и прилегающие к нему зоны (шириной до 25 мм) зачищают металлической щеткой до характерного блеска, после чего обезжиривают спиртосодержащими составами.

Правильно проведенные подготовительные операции сводят к минимуму вероятность появления полостей в сварочном шве, его растрескивание или разрушение под нагрузкой, позволяют сформировать однородную устойчивую сварочную ванну.

Основные способы сварки материала

Из-за необходимости защиты шва от вредоносного воздействия окружающего воздуха, а также в связи со склонностью титана и титановых сплавов терять прочность при длительном термическом воздействии широкое распространение получили лишь такие виды сварки материала:

электродуговая в защитной газовой среде – предполагает быструю проварку шва неплавящимся или плавящимся электродом в камере, заполненной аргоном, гелием или другими инертными газами; – обеспечивает защиту шва тугоплавкими фтористыми флюсами, плавление которых осуществляется низковольтным переменным током;
электронно-лучевая и лазерная технологии – позволяют проводить сварку в полностью изолированной безвоздушной среде при отсутствии прямого контакта с заготовками, высокая концентрация тепловой энергии гарантирует быструю проплавку и малую ширину шва;
альтернативные виды – включают сварку титана и его сплавов давлением, трением, взрывом и прочими способами, предполагающими взаимопроникновение стыкуемых поверхностей под действием механических сил.

Ограниченно применяются дуговая сварка под флюсом и контактная точечная сварка титана. Среди их преимуществ – относительная простота, дешевизна и низкая трудоемкость технологий, но качество шва значительно уступает рассмотренным выше методам.

В машиностроении распространена практика сварки изделий из титана или титановых сплавов со сталью. Она осложнена вероятностью возникновения хрупких химических соединений – титанидов железа (FeTi и Fe₂Ti). Проблема решается выбором особых режимов проварки шва в среде аргона вольфрамовым электродом, а также методом комбинированных вставок, когда между заготовкой из титана и заготовкой из стали помещается прослойка из бронзы или тантала. Особо сложные соединения требуют совместного использования бронзы и ниобия, которые соединяют в камере с контролируемой атмосферой.

Технология сварки титана аргоном

Аргонодуговая сварка титана и его сплавов приобрела наибольшую популярность ввиду оптимального соотношения доступности технологического процесса и качества получаемых швов. Она широко используется как в массовом производстве деталей из титановых заготовок, так и в частных случаях.

Необходимое оборудование

Технология допускает использование любого электродугового сварочного аппарата, способного обеспечить жесткую вольт-амперную характеристику (обычно сила тока составляет не менее 140 А). Используются вольфрамовые электроды, особенности которых рассмотрены ниже. Поскольку свойства металла требуют непрерывной защиты стыка инертными газами, особую сложность представляет именно равномерная подача газа с необходимой интенсивностью.

Распространены три способа газовой защиты:

струйная – аргон подается в зону сварки направленной струей через специализированные сопла и отражатели, вытесняя атмосферный воздух;
местная – предполагает использование небольших герметичных камер, заполненных газом, работать в которых можно через гибкие рукава-манипуляторы;
полная – промышленный способ, при котором заготовки размещаются в камере с контролируемой атмосферой (например, УБС-1, ВКС-1, ВУАС-1), требует использования сварочного костюма-скафандра.

Важно помнить, что защите должна подвергаться не только сварочная ванна, но и обратная стороны стыка, а также все прилегающие к ним зоны, которые нагреваются до высоких температур в процессе сварки.

Выбор электродов

Для аргонодуговой сварки титана и титановых сплавов используют вольфрамовые электроды малого диаметра.

Если толщина стыка не превышает 3 мм, применяются электроды диаметром 1,5-2,0 мм без присадочного материала. Во всех остальных случаях толщина электрода соответствует толщине стыка, использование присадочной проволоки обязательно.

При первых же признаках износа или повреждения электрод заменяют. Работа неисправным электродом не только отрицательно сказывается на технических характеристиках сварочных швов, чувствительных к режиму проведения работ, но и может быть небезопасной для сварщика.

Примерная стоимость вольфрамовых электродов на Яндекс.маркет

Присадочная проволока

Выбор присадочного материала зависит от марки титана или сплава, толщины заготовок, толщины электрода, параметров сварки, эффективности принятого метода защиты стыка от атмосферного воздуха. В большинстве случаев можно руководствоваться этой таблицей:

Марка материала	Марка присадочной проволоки
ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ5, ВТ5-1	ВТ1-00св, ВТ2, ВТ2В, ВТ20-1св, ВТ20-2св
ВТ6, ВТ3-1, ВТ9, ВТ14, ВТ16, ВТ20	ВТ15, СПТ-2, СП-15
ВТ22 (с пост-термообработкой)	ВТ20-1св, ВТ20-2св, СПТ-2
ПТ-7М, ПТ-3В, ПТ-1M	ВТ1-00св, СПТ-2, СП-15

Следует учитывать, что металлы марок ОТ4, ВТ5, ВТ5-1 требуют использования щадящих режимов сварки, в том числе с минимальной погонной энергией. Для большинства других материалов требуются режимы с быстрым охлаждением.

Процесс сварки

Наличие и метод разделки кромок, а также параметры сварки зависят от толщины стыка. Обычно эта зависимость имеет такой вид:

Толщина металла, мм	Разделка кромок	Сила сварочного тока, А	Напряжение дуги, В	Диаметр присадочной проволоки, мм	Количество проходов, шт.
1-3	Отсутствует	40-90	10-14	1,2-2,0	1
3-10	Односторонняя прямая фаска под углом 35-45°	120-200	10-15	1,5-2,5	2-12
10-20	Радиальная ванна с бортами, наклоненными на 15°	180-280	12-16	2,5-3,0	12-26
Более 20	Двухсторонние прямые фаски под углом 30-35°	230-280	13-16	2,5-3,0	Не менее 24

Электродуговую сварку титана и сплавов проводят в нижнем положении. Техника мало чем отличается от классической дуговой сварки, общий алгоритм действий включает следующее:

Закрепление очищенных и обезжиренных заготовок на опорной поверхности с зазором, соответствующим конфигурации детали и режиму сварки (для листов толщиной 2,0-3,0 мм зазор составляет 0,5-1,5 мм).
Подача аргона к месту стыка или в защитную камеру. При струйном методе защиты общий расход газа на обдув рабочей и обратной стороны шва составляет 12-16 л/мин для листов толщиной 2,0-3,0 мм.
Поджигание дуги в начале шва. Происходит не раньше, чем через 15 секунд после начала струйной подачи аргона или сразу после вытеснения атмосферного воздуха из защитной камеры.
Последовательная проварка шва. Осуществляется путем плавного и достаточно быстрого осевого перемещения, поперечное смещение следует свести к минимуму. Обычно электрод ведется углом вперед, а присадочную проволоку подают перпендикулярно ему.
Повторная проварка шва в случае необходимости. Может проводиться до 40 последовательных проходов.
Обрыв дуги и завершение работ. При этом подача аргона продолжается, пока металл в зоне стыка не остынет до 250-300℃ (для изделий небольшой толщины – около 45-60 секунд).

Технология сварки титана и его сплавов

Резка на заготовки и подготовка кромок под сварку ведутся механическими способами. Разделительная резка и подготовка кромок толстостенных изделий возможна и газотермическими способами, но с обязательной последующей механической обработкой кромок на глубину не менее 3-5 мм.

Кромки на ширину 15-20 мм зачищают металлическими щетками, шабером и т .п. с последующим обезжириванием.

Если до сварки конструкция подверглась термообработке (вальцовке, ковке, штамповке), то перед сваркой ее поверхности необходимо очистить дробеструйным или гидропескоструйным аппаратом, а затем еще подвергнутъ и химической обработке: рыхлению оксидной пленки, травлению и осветлению.

Режимы химической обработки титана и его сплавов

Рыхление оксидной пленки

Нитрит натрия 150-200 г
Углекислый натрий 500-700 г

Плавиковая кислота 220-300 мл
Азотная кислота 480-550 мл

Азотная кислота 600-750 мл
Плавиковая кислота 85-100 мл

После химической обработки свариваемые кромки промывают на ширину 20 мм бензином и протирают этиловым спиртом или ацетиленом. Сварочную проволоку предварительно подвергают вакуумному отжигу с последующим обезжириванием.

Сварку ведут в приспособлениях или на прихватках, которые выполняют ручной аргонодуговой сваркой W-электродом.Свариваемые поверхности, подготовленные к сварке, нельзя трогать незащищенными руками.

Выбор параметров режима

Сварку осуществляют постоянным током обратной полярности. Режимы выбирают исходя из толщины металла с учетом склонности сплава к росту зерна и термическому циклу. Для уменьшения роста зерна рекомендуются режимы с малой погонной энергией и повышенными скоростями.

Учитывая высокое электрическое сопротивление титана, сварку ведут с малыми вылетами электрода. При сварке на низких токовых режимах возможен непровар корня шва. Во избежание этого корень выполняют ручной аргонодуговой сваркой W-электродом, а остальную разделку - сваркой плавящимся электродом.

Титан и его сплавы с пределом прочности не менее 90 кгс/мм 2

То же более 90 кгс/мм 2

Высокопрочные сплавы типа ВТ14, ВТ22 и др.

Основное пространственное положение - нижнее.

При сварке с глубоким проплавлением на повышенных токовых режимах рекомендуется сварочная смесь гелия и apгона (80%+20%). Для повышения прочности, пластичности и стойкости против образования трещин сварные соединения термически упрочняемых сплавов подвергают последующей термической обработке, режим которой зависит от состава сплава.

Техника сварки

Надежная зашита зоны нагрева при механизированной сварке титана плавящимся электродом в инертных газах сопряжена с рядом трудностей. Поэтому сварку этим способом в большинстве случаев ведут в камерах с контролируемой атмосферой.

Целесообразно применять импульсно-дуговой метод, что обеспечивает возможность сварки в монтажных условиях, повышает производительность по сравнению с ручной сваркой неплавящимся электродом при одновременном снижении погонной энергии в 2-2,5 раза.

Ориентировочные режимы сварки титана и его сплавов

150-200
200-220
300-330

В ряде случаев сварка титана и его сплавов выполняется в вакууме. Преимущество этого способа заключается в обеспечении высокой чистоты металла шва. В нем не остается примесей - газов и неметаллических включений.

Техника и режимы сварки должны обеспечивать устойчивое горение дуги с минимальным разбрызгиванием, что достигается при струйном переносе электродного металла Этот процесс осуществляется при определенном соотношении сварочного тока напряжения на дуге, скорости подачи электродной проволоки и вылета электрода.

Газовая защита

Качественное сварное соединение титановых сплавов получается только при надежной газовой защите сварного шва и участков основного металла, нагретых до 250-300°С.

Существуют три варианта защиты:

струйная с использованием специальных приспособлений
местная в герметичных камерах малого объема
общая в камерах с контролируемой атмосферой (ВКС-1, ВУАС-1, УСБ-1)

Дополнительные защитные устройства изготовляют из нержавеющей стали. Внутри имеются рассекатели и газовые линзы. Насадка, прикрепляемая к газовой горелке для защиты кристаллизующейся сварочной ванны, должна быть шириной 40-50 мм и длиной 60-120 мм в зависимости от режима сварки. Для сварки трубчатых конструкций, кольцевых поворотных и неповоротных стыков применяют местные или малогабаритные защитные камеры.

Качество зашиты определяют по внешнему виду металла шва. Серебристая или соломенного цвета поверхность шва свидетельствует о хорошей защите. Желто-голубой цвет сварного шва указывает на нарушение защиты, хотя в отдельных случаях такие швы считаются допустимыми. Темно-синий или синевато-серый цвет с пятнами серого налета характеризует плохое качество шва.

Высокая химическая активность металла при высокой температуре, особенно в расплавленном состоянии. Поэтому необходима надежная защита от воздуха не только сварочной ванны, но и остывающих участков шва и околошовной зоны, пока их температура не снизится до 250-300°С. Требуется защита и обратной стороны шва даже в том случае, если металл не расплавлялся, а только нагревался выше этой температуры.

Склонность титановых сплавов к росту зерна металла в нагретых до высоких температур участках. Это затрудняет выбор режима сварки - такого, при котором нагрев околошовной зоны был бы минимальным.

Высокая температура плавления титана требует применять концентрированные источники нагрева. Низкая теплопроводность титана приводит к снижению эффективности источника нагрева по сравнению со сваркой сталей.

Поры и холодные трещины сварных соединений титана возникают из-за вредных газовых примесей и водорода. Поэтому необходимо обеспечить чистоту основного металла и сварочных материалов, в том числе присадочной проволоки.

Вблизи точки плавления поверхностное натяжение титана в 1,5 раза выше, чем алюминия, что позволяет формировать корень шва на весу. Однако расплавленный металл обладает низкой вязкостью, и при некачественной сборке деталей могут образоваться прожоги.

ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА СВАРОЧНОЙ ВАННЫ

Существуют три варианта защиты:

струйная с использованием специальных приспособлений
местная в герметичных камерах малого объема
общая в камерах с контролируемой атмосферой (ВКС-1, ВУАС-1, УСБ-1)

При аргонодуговой сварке титана W-электродом следует применять сварочные горелки с возможно большим газовым соплом, создающим обширную зону защиты. Поток аргона через сопло должен быть ламинарным, что достигается газовыми линзами, установленными внутри сопла. Расход газа в зависимости от режима сварки колеблется от 8 до 20 л/мин. Если сопло горелки не гарантирует надежной защиты, то его дополняют специальной насадкой, коробом или другим приспособлением. Дополнительные защитные устройства изготавливают из нержавеющей стали. Внутри имеются рассекатели и газовые линзы. Насадка, прикрепляемая к газовой горелке для защиты кристаллизующейся сварочной ванны, должна иметь ширину 40-50 мм и длину от 60-120 мм в зависимости от режима сварки. Для сварки трубчатых конструкций, кольцевых поворотных и неповоротных стыков применяют местные или малогабаритные защитные камеры.

1- дополнительная насадка; 2 - газовая линза

Качество защиты определяют по внешнему виду металла шва. Серебристая или соломенного цвета поверхность шва свидетельствует о хорошей защите. Желто-голубой цвет указывает на нарушение защиты, хотя в отдельных случаях такие швы считаются допустимыми. Темно-синий или синевато-серый цвет с пятнами серого налета характеризует низкое качество шва.

ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА НАГРЕТЫХ УЧАСТКОВ

Специальная подкладка для защиты корня шва, нагретого до 250-300°С

Защитные приспособления из нержавеющей стали для тавровых и угловых соединений

ЗАЩИТА ШВА ТРУБОПРОВОДА

Защита при приварке фланца

Защита при сварке секционных отводов

Подготовка к сварке

Резку титана и подготовку кромок под сварку выполняют механическим способом. Для толстостенных изделий пригодны и газотермические способы, но с обязательной последующей механической обработкой кромок на глубину не менее 3-5 мм и на ширину 15-20 мм. После этого кромки зачищают металлическими щетками, шабером и т.п. и обезжиривают. Конструкции, которые перед сваркой испытывали нагрев - при вальцовке, ковке, штамповке и т.д. - должны быть подвергнуты дробеструйной или гидропескоструйной очистке и затем химической обработке: рыхлению оксидной пленки, травлению и осветлению.

Режим химической обработки титана и его сплавов

Раствор

Длительность обработки, мин

Назначение

Состав

Нитрит натрия 150-200 г/л Углекислый натрий 500-700 г/л

Плавиковая кислота 220-300 мл/л Азотная кислота 480-550 мл/л

Азотная кислота 600-750 мл/л Плавиковая кислота 85-100 мл/л

После этого свариваемые кромки промывают бензином на ширину 20 мм и протирают этиловым спиртом или ацетоном.

Сварочную проволоку предварительно подвергают вакуумному отжигу и обезжиривают ацетоном или спиртом. Окисленную часть удаляют кусачками. Поверхности, подготовленные к сварке, нельзя трогать незащищенными руками.

Сварку титана и его сплавов рекомендуется вести в отдельном помещении. Температура воздуха в нем должна быть не ниже + 15°С, а скорость его движения - не более 0,5 м/с.

Сварку выполняют на постоянном токе прямой полярности непрерывно горящей или импульсной дугой. Используют аргон высшего сорта и гелий высокой чистоты.

Сварочный ток выбирают в зависимости от толщины свариваемого изделия и диаметра W-электрода.

Основное пространственное положение шва - нижнее. Ручную сварку ведут без колебательных движений горелкой, короткой дугой, "углом вперед" Проволоку подают непрерывно, угол между ней и горелкой поддерживают около 90°.

Как правило, в качестве присадка используют проволоку того же химического состава, что и основной металл (BTl-00св, ВТ20-1св и т.д.). Для большинства сплавов годится проволока марок СПТ-2 и СП-15.

Аргонодуговая сварка изделий из титана марок ВТ1-1 и ВТ1-0

Настоящая инструкция распространяется на ручную аргонодуговую сварку неплавящимся электродом узлов и изделий из титана марок ВТ1-1, ВТ1-0.

Инструкцией надлежит руководствоваться при разработке технологических процессов. Сварке, ремонте, контроле и приемке сварных конструкций из титана, указанных марок.

Отступление (ужесточение или снижение требований) от настоящей инструкции могут быть вписаны в маршрутные карты или другие технологические документы по согласованию с главным технологом и представителем заказчика.

Вспомогательные материалы, приспособления, оборудования и инструмент необходимые для сварки даны в Приложении.

Выполнение аргонодуговой сварки титана должно производиться при соблюдении правил техники безопасности, изложенных в инструкции по ТБ.

Общие положения

Нанесение защитных или декоративных химических, гальванических, лакокрасочных и других покрытий должно производиться после сварки. При невозможности нанесения покрытий после сварки на чертежах должно быть указано отсутствие покрытия на свариваемых кромках и прилегающих к ним поверхностях. Размер участка без покрытия указывается в чертежах.

Требования к свойствам сварных соединений, способам и объему контроля оговариваются в технических требованиях чертежа.

Подготовка деталей к сварке

Производить подготовку деталей из титана к сварке следует в зависимости от исходного состояния материала согласно таблице 1.

Зачистка стальной щеткой
Обезжирить

Удаление заусенцев
Зачистка стальной щеткой
Обезжиривание

Зачистка стальной щеткой
Обезжиривание

до 30 суток после химической обработки;
до 2-х часов после обезжиривания;
до 5 часов после зачистки стальной щеткой.

Производить химическое травление деталей из титана согласно соответствующей технологической инструкции.

Производить механическую зачистку и обезжиривание деталей из титана следует в следующем порядке:

Удалить с кромок деталей заусенцы с помощью напильника.
Зачистить кромки деталей на вращающей металлической щетке на ширину 15-20 мм с обеих сторон деталей до получения ровной серебристой поверхности.

Допускается зачистка кромок мелкой шлифовальной шкуркой.
Кромки свариваемых деталей после зачистки не должны иметь заусенцев, трещин, забоин и др. дефектов.
Кромки деталей, поступающих на сварку должны иметь чистоту не менее 5.

Обезжирить присадочную проволоку чистой хлопчатобумажной тканью, смоченной в спирте не позднее, чем за 3 часа до начала сварки.

Сборка и прихватка деталей

Произвести сборку деталей под сварку.

Примечание — При сборке (сварке) деталей в приспособлении, элементы приспособления, соприкасающиеся со свариваемыми поверхностями деталей, должны быть предварительно обезжирены спиртом.

Выполнить прихватку собранных деталей, соблюдая требования защиты металла от окисления, изложенные в разделе «Сварка».

Произвести прихватку деталей, собранных с плотной подгонкой кромок, без применения присадочного материала.

Произвести прихватку (сварку) с присадочным материалом, если зазоры между деталями превышают 0,1 мм.

Длина прихваток не должна превышать 10 мм, высота при толщине материала до 3 мм – 1,5 мм.
Расстояние между прихватками для прямолинейных продольных швов рекомендуется не менее 40 мм.
При сварке кольцевых швов диаметром до 100 мм допускается 3-4 равномерно расположенные прихватки.
При сварке нахлесточных соединений прихватку рекомендуется производить с помощью контактной сварки.

Произвести прихватку в тех же режимах, что и сварку.

Сварка

Зачистить стальной щеткой поверхности прихваток перед сваркой и обезжирить их хлопчатобумажной тканью, смоченной в спирте.

Производить сварку титана на постоянном токе прямой полярности (минус на электроде).

Необходимо соблюдать следующие указания при ручной аргонодуговой сварке титана:

При сварке деталей толщиной до 3-х мм необходима коническая заточка электрода.

Вылет вольфрамового электрода из сопла горелки не должен превышать 5 мм. При сварке в труднодоступных местах допускается увеличение вылета электрода, при условии сохранения хорошей защиты шва.

Установить рабочее давление инертного газа, подаваемого в сварочную горелку, а также в защитные приспособления в пределах 0,1-0,3 атм.

Примечание — Подвод аргона в сопло горелки и для защиты обратной стороны шва необходимо осуществлять от отдельных ротаметров.

Расположить насадку для защиты остывающих участков шва строго над сварным швом.

Наклонить вольфрамовый электрод от вертикальной оси в сторону противоположную направлению сварки на 10-20°, при этом угол между электродом и присадочным прутком должен составлять примерно 90°.

Рекомендуется применять при сварке прямолинейных швов технологические пластины, на которых начинается и заканчивается сварка или детали с припуском для возбуждения дуги и для окончания сварки.

Производить сварку кольцевых и круговых швов следует с перекрытием начала шва на 15-20 мм.

Вести процесс сварки рекомендуется без перерывов. При возобновлении сварки после случайного или вынужденного обрыва дуги, окончание шва следует перекрывать на 15-20 мм, предварительно зачистив перекрываемый участок металлической щеткой.

Примечание — Зачистку допускается не производить, если поверхность перекрываемого участка шва имеет серебристый цвет.

При перерывах в процессе сварки или прихватки окисленный конец присадочного материала рекомендуется удалить.

Заменить баллон с защитным газом новым при снижении давления в нем до величины 5 атм.

При сварке деталей в приспособлении, служащим для уменьшения короблений, узел следует освобождать из приспособления только после его остывания.

Следить в процессе сварки за эффективностью защиты сварного соединения. При хорошей защите лицевая и обратная стороны шва должны иметь серебристый цвет.

Примечание — Для ручной аргонодуговой сварки считаются удовлетворительными швы соломенного и желтого цветов.

Запрещается повторное прохождение по шву горелкой с целью «замазывания» всех других цветов побежалости.

Режим аргоно-дуговой сварки титана марок ВТ1-1 и ВТ1-0 приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Ориентировочные режимы ручной аргонодуговой сварки титана марок ВТ1-1 и ВТ1-0

Толщина материала, мм	Сварочный ток, А	Диаметр вольфра-мового электрода, мм	Диаметр приса-дочной проволоки, мм	Расход аргона, л/мин		Длина дуги, мм	Число прохо-дов
Толщина материала, мм	Сварочный ток, А	Диаметр вольфра-мового электрода, мм	Диаметр приса-дочной проволоки, мм	В зону дуги для защиты шва	На поддув	Длина дуги, мм	Число прохо-дов
0,8	40-50	1,5	1,0-1,5	6,0-8,0	1-2	1,0-1,5	1
1,0	50-60	1,5-2,0	1,0-1,5	6,0-8,0	1-2	1,0-1,5	1
1,2	50-60	1,5-2,0	1,0-1,5	6,0-8,0	1-2	1,5-2,0	1
1,5	60-70	1,5-2,0	1,5	8,0-10,0	1,5-2,5	1,5-2,0	1
1,8	75-95	1,5-2,0	1,5	8,0-10,0	1,5-2,5	1,5-2,0	1
2,0	90-100	2,0-2,5	1,5-2,0	8,0-10,0	1,5-2,5	1,5-2,0	1
2,5	110-120	2,0-2,5	1,5-2,0	10,0-12,0	2-3	1,5-2,0	1
3,0	120-140	2,0-2,5	1,5-2,0	10,0-12,0	2-3	1,5-2,0	1

Примечание — Расход аргона для защиты шва и на поддув брать по фактическому расходу.

Примечание — Подварка одного того же участка шва разрешается не более 2-х раз.

После каждой подварки или после сварки (если сварные узлы, после первого же контроля признаны годными) подвергнуть их отжигу для снятия внутренних напряжений согласно разделу «Отжиг деталей и узлов из титана» данной ТИ. Отжиг производить не позднее, чем через 30 суток после начала сварки.

Допускается не производить отжиг сварных узлов, имеющих один или несколько точечных швов (шов считается точечным, если его длина не превышает ширины шва).
Допускается не производить повторный отжиг после подварки, если протяженность участков подваркой не превышает 10-15 % длины шва при условии, что в местах подварки не было никаких цветов побежалости кроме соломенного.

Допускать к выполнению работ по ручной аргонодуговой сварке титана, только дипломированных электросварщиков, имеющих свидетельство о допуске к сварке узлов из титана.

Отжиг деталей и узлов из титана

Удалить с поверхностей деталей, поступающих на отжиг, окисление пленки в виде цветов побежалости на вращающейся металлической щетке, пескоструйной или дробеструйной обработкой.

Примечание — Допускается не удалять цвета побежалости соломенного и желтого оттенков.

Обезжирить поверхности деталей хлопчатобумажной тканью, смоченной в спирте.

Примечание — Подготовленные к отжигу детали разрешается трогать руками только в чистых трикотажных перчатках.

Произвести отжиг в вакуумном контейнере (вакуум 10 -3 мм.рт.ст.) или в контейнере с аргоном. Температура отжига 550 +30 °С для контейнера заданных температурах в обоих случаях 30-40 мин. Давление аргона подаваемого в контейнер не должно превышать 0,06-0,1 кгс/см 2 . Расход аргона устанавливается опытном путем.

Прекращать подачу аргона в контейнер и выгружать детали из контейнера разрешается при температуре не выше 150 °С.

Произвести контроль деталей после отжига согласно разделу «Контроль подготовки, сварки и отжига сварных узлов».

Контроль подготовки, сварки и отжига сварных узлов

Выполнить сплошной визуальный контроль деталей перед сваркой согласно требованиям, изложенным в таблице 3.

Выполнить сплошной визуальный контроль прихватки деталей согласно требований, изложенным в таблице 4.

желтого и смоченного оттенков
коричневого, зеленого или синего цвета (оттенков)
налет белого или черного цвета

Не допускаются. Устранить механической обработкой до металлической блеска
Зону зачистки продуть сжатым воздухом и обезжирить согласно разделу «Подготовка деталей к сварке»
Брак

Выполнить сплошной визуальный контроль сварных швов согласно таблице 5.

желтого и смоченного оттенков
коричневого, зеленого или синего цвета (оттенков)
налет белого или черного цвета

Допускаются
Не допускаются. Устранить механической зачисткой до металлического блеска
Брак

в пределах допуска на сварной шва
за пределами допуска на сварной шов

Выполнить сплошной рентгеновский контроль сварных швов. Не подвергать рентгеноконтролю:

прерывистые швы;
сварные швы с разнотолщинностью более 1:3;
сварные узлы не прошедшие визуальный контроль согласно таблице 5.

Подобрать режим съемки деталей (экспозиция, напряжение и ток) в зависимости от толщины металла, марки аппарата и чувствительности пленки.

Рентгенологу производить обработку пленки, расшифровку снимков и составлять заключение о качестве шва на основании следующих требований.

Допускаются без исправления следующие нормы внутренних дефектов сварных швов на 100 мм шва:

поры и вольфрамовые включения диаметром до 20 % от наименьшей толщины свариваемых деталей, в количестве не более 20 штук;
поры и вольфрамовые включения диаметром 20 % до 40 % от наименьшей толщины свариваемых деталей в количестве не более 4 штук;
поры и вольфрамовые включения диаметром до 20 % от наименьшей толщины свариваемых деталей, расположенные цепочкой, в количестве не более одной цепочки при ее протяженности до 15,0 мм;

Одновременно допускается наличие дефектов, указанных в п.п. «1», «3» или в п.п. «2», «3».
Одновременно наличие дефектов, указанных в п.п. «1» и «2» допускается только при условии, если суммарная площадь занятая ими не превышает 0,65δ, где δ – наименьшая толщина детали в соединении.

Допускается к исправлению дефекты, нормы которых не превышают указанных в следующих пунктах:

непровары, если их единична или суммарная протяженность не превышает 20% длины шва;
трещины – не более одной продольной при ее длине не более 10 % общей длины шва или не более двух поперечных на 100 мм шва;
единичные поры и вольфрамовые включения диаметром свыше 40 % от наименьшей толщины свариваемых деталей – не более 4 дефектов на 100 мм шва; ∅ до 20 % - не более 30 шт и ∅ от 20 до 40 % не более 10 шт на 100 мм шва;
скопление пор и вольфрамовых включений площадью до 15 мм 2 каждое скопление – не более двух скоплений на 100 мм шва.

При оценке качества сварного шва сложной, прямоугольной конфигурации нормирование дефектов производится для каждого отдельного участка, выполненного в виде прямой линии, до ближайшего угла поворота, сварного шва.
Нормы дефектов, допустимых без исправления и допустимых к исправлению, во всех вышеперечисленных пунктах, указаны на 100 мм шва, то есть при длине шва от 100 и более миллиметров на любом произвольно выбранном участке шва длиной 100 мм концентрация дефектов должна быть в пределах этих норм.
При длине швов менее 100 мм нормы дефектов (допустимых без исправления и допустимых к исправлению) уменьшаются во столько раз, во сколько раз данный шов короче 100 мм. Если при вычислении получается не целое число, то оно округляется в большую сторону.

Выполнить визуальный сплошной контроль изделий после отжига согласно таблице 6.

Таблица 6

Наименование цвета побежалости на поверхности узла	Результат разбраковки
Желтого или соломенного оттенков	Допускается
Коричневого, зеленого, синего цвета или оттенков	Не допускается. Устранить механической зачисткой
Налет белого или черного цвета (легкоотславающийся)	Брак

Исправление дефектов производить ручной аргонодуговой сваркой, в тех же условиях, что и при сварке деталей.

Устранение дефектов должно поручаться только дипломированным сварщиком, имеющим свидетельство о допуске к сварке узлов из титана.

Подварку одного и того же участка разрешается производить не более двух раз.

Места расположения дефектов перед подваркой тщательно зачистить. Концы трещин засверливать.

Если единичная или суммарная протяженность участков подварки не превышала 10% длины шва, допускается не производить повторный отжиг узла при условии, что в местах подварки, не осталось цветов побежалости, кроме соломенного.

После исправления дефектов сварные швы подвергаются повторному контролю.

В узлах, которые забракованы окончательно согласно разделу «Контроль подготовки, сварки и отжига сварных узлов» или после двух подварок отдельных подузлов, допускается полное удаление дефектного подузла и замена его новым.

Замена бракованного подузла решается по согласованию с отделом главного технолога (главного сварщика).

После удаления дефектного подузла, подготовку к сварке, сварку, отжиг и контроль производить согласно действующей документации.

Изделия, к которым предъявляются требования герметичности, должны быть проверены на прочность и герметичность по соответствующим ТИ до рентгеноконтроля.

Правила сварки титановых сплавов

Титан — редкоземельный металл серебристого цвета, с характерным отливом. Используется как основа для создания различных сплавов с высокими прочностными характеристиками.

В чистом виде из-за низкой температуры плавления (640 °C) применяется очень редко, поэтому в обиходе под титановыми изделиями подразумевают обычно изделия из его сплавов. Особенность физических свойств потребует специфического подхода при сварке титана.

Титановые сплавы

Сплавы титана имеют температуру плавления от 1470 до 1825 °C, в зависимости от марки. Они обладают выгодным сочетанием легкости (благодаря малой плотности) и высокой прочности, поэтому часто применяются для изготовления таких конструкций, как велосипедные рамы и детали скоростных автомобилей. Сварка титановых сплавов — сложный технологический процесс, поскольку эти материалы имеют ряд специфических свойств.

Далее под словом «титан» будут подразумеваться именно сплавы титана с легирующими присадками — хромом, железом, молибденом, ванадием, вольфрамом и другими.

Свойства материала

У титана есть несколько особых свойств, которыми обусловлена сложность сварки конструкций из этого металла. В их числе:

невысокая теплопроводность;
склонность к самовозгоранию при нагреве до 400 °C и контакте с кислородом;
окисление под воздействием углекислоты;
образование нитридных соединений при нагреве до 600 °C и прямом контакте с азотом, твердых, но хрупких;
склонность к поглощению водорода при нагреве до 250 °C;
изменение структуры (увеличение зерна) при нагреве свыше 880 °C.

Для титана критично повышение температуры уже свыше 400-500 °C. При таком нагреве у него резко повышается химическая активность, и титан начинает взаимодействовать с атмосферным воздухом, который оказывает на шов сварки губительное воздействие.

При этом могут образовываться гидриды, нитриды, карбиды и другие соединения, которые нарушают прочность сварного шва. Существенное нарушение технологии, несоблюдение требований ГОСТ может привести к тому, что приваренная деталь просто отвалится от легкого удара.

Если сварка проводилась в соответствии с нормативами, то прочность шва будет находиться в пределах 0,6 — 0,8 от прочности свариваемого металла.

На сварку и сварные соединения из титана распространяется ГОСТ Р ИСО под номером 5817-2009. Он устанавливает уровни качества при сварке разных металлов — стали, титана и никеля, в том числе их сплавов и определяет максимально допустимые уровни дефектов готового изделия.

Как подготавливают детали

Для сварки титана необходимо полностью изолировать свариваемые поверхности от атмосферы, поэтому, как правило, используют автоматическую или полуавтоматическую сварку.

Ручная сварка титана возможна, но только если используется специальная сварочная горелка с керамическим соплом, через которую на свариваемые участки подается под давлением инертный газ — аргон, который вытесняет воздух.

При этом обратная сторона шва должна быть изолирована от атмосферы плотно прилегающими стальными либо медными накладками. Для обеспечения наилучшего качества шва используют перфорированные накладки, в отверстия которых подается аргон.

В случае полуавтоматической или автоматической сварки она проводится в специальной капсуле, заполненной аргоном либо гелием. Сварка титановых труб может производиться без помещения трубы в защитную газовую среду целиком, но при этом сама труба должна быть герметизирована и заполнена аргоном изнутри.

Другим важным нюансом является зачистка и обезжиривание свариваемых поверхностей на 20 мм от линии стыка. Необходимо удалить оксидную пленку, которая всегда присутствует на поверхности титанового изделия.

Работать необходимо в перчатках, поскольку руки, даже чистые, могут оставить на кромке потожировые следы, которые приведут к ухудшению сварного шва.

Перед сваркой титан дополнительно подвергают травлению с использованием смеси соляной кислоты с водой и фторидом натрия — 350 мл HCl, 650 мл дистиллированной воды, 50 г фторида натрия. Температура травления — 60-65 °C, время — около 10 минут.

После травления титан подвергают тщательной шлифовке. Для механической обработки используют наждачную бумагу до № 12, проволочные щетки, шаберы. Необходимо удостовериться, что края свариваемых деталей ровные, на них отсутствуют заусенцы и трещины. Точно так же зачищается и присадочная проволока. Только после этого можно приступать к сварке титана.

Какие методы применяют

Для сварки титана можно использовать как «холодный» метод, так метод дугового флюса либо плазменно-дуговую сварку.

Но самым популярным считается метод сварки титана аргоном, то есть плавлением в изолированной аргоновой среде, который был частично описан выше. Детали крупного сечения соединяют методом электрошлаковой сварки.

Многое зависит от вида сплава. Титан марки ВТ1-ВТ5 сваривается очень хорошо, хотя не подлежит закалке. Сплавы ВТ15 — ВТ22 свариваются значительно хуже, образуя крупнозернистый шов низкой прочности, но при этом закалка может повысить его прочность. Остальные виды титановых сплавов — промежуточные.

Возможны следующие виды контактной сварки:

стыковая;
точечная;
роликовая;
конденсаторная стыковая (для труб).

При аргоновой сварке с флюсом применяется бескислородный флюс АН-11 или АН-Т2.

Ручной процесс

Сварка сплавов с титаном (в общем случае) производится постоянным током, полярность прямая. Ток зависит от толщины соединяемых деталей, калибра электрода и диаметра присадочной проволоки, изменяется в диапазоне 90-200 А.

Чем выше толщина металла, тем больший подается ток. Так, детали толщиной 2 мм соединяются при токе 90 А, 3-4 мм — 130-140 А, 10 мм — 160-200 А. Рекомендуется использовать минимальный ток из возможных. Напряжение всегда одинаково — 10-15 В.

Электроды

Используются неплавящиеся электроды из вольфрама, которые перед началом работы затачиваются под углом 30-45 °C (как у карандаша). Чем больше угол заточки, тем меньше глубина проплавления.

При интенсивном использовании электрод нужно будет снова заточить, как только он затупится. Рекомендуются электроды, содержащие оксид лантана, так как их несущая способность на 50% выше, чем у изделий из чистого вольфрама. Благодаря этому сварной шов будет менее загрязнен вольфрамом, чище, а значит — прочнее.

Проволока

Присадочная проволока — это проволока из титана соответствующего сплава, она подбирается конкретно к свариваемым деталям по специальным таблицам. Проволоку стоит отжигать под вакуумом для удаления водорода, который может присутствовать в сплаве, и в любом случае необходимо зачищать от окислов. Зачищенная проволока хранится в герметичной тубе не более 5 дней.

Если сваривают металл толщиной не более 1,5 мм стыковым методом, то применять проволоку необязательно. Шов без присадки будет даже прочнее.

Особенности технологии

При сварке выдерживается постоянная скорость движения электрода и обеспечивается непрерывная подача присадки. Скорость электрода должна составлять пример 2-2,5 мм/сек. Необходимо выдерживать высокую точность движений, избегать колебаний и уводов электрода в сторону. Электрод должен касаться шва как бы снизу вверх, сварка идет «вперед углом».

Во время всего процесса и около минуты после отключения горелки на свежий шов необходимо продолжать подавать защитный газ, пока температура шва не опустится ниже 400 °C.

В зоне сварки аргон расходуется со скоростью 5-8 литров в минуту, на оборотной стороне шва — 2 литра в минуту.

При сварке титановых труб их концы герметизируются, а инертный газ — аргон, реже гелий — закачивается внутрь при помощи специального насоса.

В домашних условиях, при отсутствии такого оборудования сварить титановые трубы невозможно. Исключение — конденсаторная стыковая сварка труб из титана марки ВТ1-ВТ2, диаметром не более 23 мм и толщиной стенок не более 1,5 мм.

Их можно сваривать вне защитной газовой среды, но только конденсаторным способом, при высоком зарядном напряжении — 850-2100 В.

Контроль качества

Получившийся шов должен иметь ровный серебристый цвет и не иметь никаких трещин и пор. Если шов получился желтоватым — качество сварки среднее, но удовлетворительное.

Любые другие цвета — серый, коричневый, ярко-золотистый, даже голубой и фиолетовый с переливами — говорят о том, что технология сварки была нарушена, и материал шва содержит ненужные примеси, образовавшиеся при контакте раскаленного титана с атмосферным воздухом. Такое соединение непрочно и может разрушиться при малейшем усилии.

Читайте также: