Технологии сварки

Сварка титана и его сплавов

Особенности сварки титана и его сплавов связаны со значительными трудностями из-за их высокой активности по отношению к кислороду, азоту, водороду и углероду, которые отрицательно влияют на свариваемость. Для обеспечения хорошего качества сварки необходимо ограничивать содержание вредных примесей в свариваемом и присадочном материале до следующих значений, %, кислорода 0,12—0,15, азота 0,04—0,05, водорода 0,01—0,015 и углерода 0,1. При сварке плавлением необходима падежная защита от атмосферы не только металла сварочной ванны, но также металла околошовной зоны и обратной стороны шва, нагретого до температуры >400 °С. Дополнительным затруднением при сварке является склонность титана и его сплавов к росту зерна при нагреве до высоких температур (выше 880 °С). Рост зерна усугубляется низкой теплопроводностью титана, увеличивающей время пребывания металла сварного соединения при высоких температурах. Для преодоления указанных трудностей сварку выполняют при минимально возможной погонной энергии. Наиболее частые дефекты швов — это поры и холодные трещины. Возбудителями пор являются газы и среди них в первую очередь водород. Для устранения пористости необходимо обеспечить требуемую чистоту основного металла и сварочных материалов. Главная причина возникновения холодных трещин—также водород, выделяющийся из твердого раствора и образующий гидриды титана. Эти процессы приводят к охрупчиванию титана и появлению больших внутренних напряжений. Титан и его сплавы можно сваривать дуговой сваркой в защитных газах, автоматической сваркой под слоем флюса и электрошлаковой сваркой.

Сварку в инертных газах можно осуществлять неплавящимся или плавящимся электродом. Сварку неплавящимся электродом ведут обычно в аргоне вручную или автоматом, используют аргон высшего сорта (ГОСТ 10157—79*), очищенный от влаги. Сварку вольфрамовым электродом обычно иттрированным или лантанированным выполняют на постоянном токе прямой полярности (табл. XVII.14). Свариваемые кромки и присадочный металл должны быть очищены от окислов и загрязнений травлением в течение 5 мин в растворе, содержащем: 0,35 л соляной кислоты, 0,055—0,06 л азотной кислоты, 50 г фтористого калия, 0,06 л воды или 0,35 л соляной кислоты, 5 г фтористого натрия, 0,65 л воды. При толщине металла до 3 мм кромки не разделывают. Формы рекомендуемых разделок при сварке больших толщин показаны на рис. XVII.3. В качестве присадочных материалов наибольшее распространение получили сварочные проволоки: ВТ1-00 — для технического титана и низколегированных α- и псевдоα-сплавов; ВТ2 (системы Ti — Al) — для α- и псевдоα-сплавов; СПТ-2 (системы Ti—Al—V—Zr) — для большинства двухфазных (α+β)-сплавов (без термического упрочнения сварных соединений). Сварочную и электродную проволоку перед сваркой подвергают вакуумному отжигу для предохранения шва от загрязнения водородом. Корень шва при дуговой сварке защищают (при небольшой протяженности стыковых соединений) плотным поджатием кромок к медной или стальной подкладке, подачей инертного газа в подкладку с отверстиями или изготовленную из пористого материала. При сварке сосудов или труб инертный газ подают внутрь изделий (поддувают). Вместо поддува аргона можно применять специальные флюсы-пасты для защиты обратной стороны шва. При сварке изделий сложной конфигурации осуществляют общую защиту сварного соединения и изделия в камерах (типа ВКС-1, ВУАС-1, УСБ-1 и др.) с контролируемой атмосферой и в специализированных боксах (в обитаемых камерах) с обеспечением в них условий для работы сварщиков.

XVII.14. Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки титана вольфрамовым электродом

Примечание. Диаметр вольфрамового электрода выбирают в зависимости от сварочного тока с учетом допустимой токовой нагрузки на электроды.

XVII.3. Типичные разделки кромок для сварки неплавящимся электродом титана разной толщины
а — δ=4—10 мм; б — δ=10—15 мм; в — δ свыше 15 мм

Использование фтористых флюсов — паст (АНТ-17А, АНТ-23, ФАН-1) при аргонодуговой сварке титановых сплавов позволяет значительно снизить погонную энергию сварки (в 1,4—1,6 раза) по сравнению с аргонодуговой сваркой без флюса. Стыковые, тавровые, нахлесточные соединения из металла толщиной более 4 мм сваривают в нижнем положении плавящимся электродом. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности (табл. XVII. 15).

XVII.15. Режимы сварки титана плавящимся электродом в аргоне (без разделки кромок)

При сварке в гелии напряжение дуги увеличивают по сравнению с данными табл. XVII.15 на 8—12 В, расход газа — в 1,5—2 раза. Способы защиты, материалы, сварочная оснастка те же, что и при сварке вольфрамовым электродом.

Сварка под флюсом. Основным преимуществом является высокая производительность процесса. Этим способом можно сваривать стыковые, угловые и нахлесточные соединения при толщине металла 3 мм и более (табл. XVII.16).

XVII.16. Ориентировочные режимы автоматической сварки стыковых швов титана под флюсом

Обратную сторону шва защищают с помощью флюсомедной подкладки или флюсовой подушки. Ток постоянный обратной полярности. Используют флюсы марок АНТ-1, АНТ-3, АНТ-7. Флюс перед употреблением необходимо тщательно высушить при 200—300 °С. Высота слоя флюса должна быть не меньше вылета электрода.

Электрошлаковую сварку применяют для соединения заготовок (поковок) и деталей толщиной свыше 40 мм. Сварку можно выполнять электродными проволоками диаметром 3—5 мм, пластинчатым электродом толщиной 8—14 мм и шириной, равной ширине свариваемого металла, или плавящимся мундштуком. Сварочную ванну защищают тугоплавкими фторидными флюсами АНТ-2, АНТ-4, АНТ-6 и дополнительно (поверх шлаковой ванны) аргоном. Сварку ведут на переменном токе минимальной погонной энергии, обеспечивающей устойчивый электрошлаковый процесс и необходимое проплавление свариваемых кромок (табл. XVII. 17).

XVII.17. Режимы электрошлаковой сварки

Примечание. Сухой вылет при пластинчатом электроде 450—600 мм, при проволочном 50—70 мм.

Механические свойства сварных соединений однофазных сплавов при всех видах сварки достаточно высокие и близки к свойствам основного металла. Однако при сварке двухфазных (α+β)-сплавов механические свойства сварных соединений могут ухудшаться. Для получения оптимального соотношения характеристик прочности и пластичности необходимо применять полный отжиг.

Версия для печати