Как сваривать титан:процесс и методы

Титан считается экзотическим металлом из-за его малого веса, хорошей прочности и коррозионной стойкости. Однако в прошлом считалось, что правильная сварка титана возможна только в герметичных камерах.

Это химически активный металл, который может загрязняться атмосферными газами. Но сварка титана на самом деле не так сложна, как думают многие сварщики. Вам просто нужно соблюдать правильную газовую защиту во время сварки, остальное очень похоже на сварку других типов металлов.

Сварка титана

Титан и его сплавы чаще всего сваривают методами газовой вольфрамовой дуги (GTA или TIG) и газовой дуговой дугой (GMA или MIG). Сопротивление, плазменно-дуговая, электронно-лучевая сварка и сварка трением также в ограниченной степени используются для титана. Все эти процессы дают преимущества в определенных ситуациях.

Титан и большинство титановых сплавов легко свариваются с использованием нескольких сварочных процессов. Правильно выполненные сварные швы в состоянии после сварки пластичны и в большинстве сред обладают такой же коррозионной стойкостью, как и основной металл. С другой стороны, неправильные сварные швы могут стать хрупкими и менее устойчивыми к коррозии по сравнению с основным металлом.

Методы и оборудование, используемые для сварки титана, аналогичны тем, которые требуются для других материалов с высокими эксплуатационными характеристиками, таких как нержавеющая сталь или сплавы на основе никеля. Однако титан требует большего внимания к чистоте и использованию вспомогательной защиты от инертного газа, чем эти материалы.

Расплавленный титановый металл шва должен быть полностью защищен от загрязнения воздухом. Кроме того, горячие зоны термического влияния и корневая сторона титановых сварных швов должны быть защищены до тех пор, пока температура не упадет ниже 800 °F (427 °C).

Титан легко реагирует с воздухом, влагой, жиром, грязью, огнеупорами и большинством других металлов, образуя хрупкие соединения. Реакция титана с газами и флюсами делает непригодными обычные процессы сварки, такие как газовая сварка, дуговая сварка в среде защитного металла, дуговая сварка с флюсовой проволокой и дуговая сварка под флюсом.

Точно так же сварка титана с большинством разнородных металлов невозможна, потому что титан образует хрупкие соединения с большинством других металлов; однако титан можно сваривать с цирконием, танталом и ниобием.

Несмотря на меры предосторожности, которые необходимо соблюдать, многие производители регулярно и экономично сваривают титан, делая прочные, пластичные сварные швы со скоростью, сравнимой со многими другими высокопроизводительными материалами.

Одним из важных преимуществ сварки технически чистых марок титана является то, что они состоят из более чем 99% чистого титана и не вызывают сегрегации. То же самое относится к сварочной проволоке или катанке технически чистых марок.

Сварочная среда

Большая часть сварки титана сегодня выполняется в цехах открытого производства, хотя камерная сварка все еще практикуется в ограниченном количестве. Полевая сварка является обычным явлением. Везде, где выполняется сварка, необходима чистая среда для сварки титана.

Отдельный участок, специально выделенный для сварки титана, способствует получению качественных сварных швов. Эта область должна содержаться в чистоте и должна быть изолирована от производящих грязь операций, таких как шлифовка, резка газовой горелкой и покраска. Кроме того, в зоне сварки не должно быть сквозняков, а влажность должна контролироваться.

Подготовка к сварке

Одним из наиболее важных факторов в определении качества сварного шва титана является правильная подготовка сварного шва.

• Очистите поверхность титана, чтобы удалить любые загрязнения и масло, жир или грязь. Лучше всего использовать химикаты, специально предназначенные для титана. Помните, что чем чище будет титан, тем прочнее будет сварной шов.
• Для удаления загрязнений можно использовать пароочиститель или разбавленный раствор гидроксида натрия.
• Используйте небольшой фен, чтобы убедиться, что на поверхности не осталось влаги. Однако убедитесь, что вы не используете его с легковоспламеняющимися растворителями.
• Убедитесь, что все сварочные детали чистые и сухие.
• Никогда не используйте чистящие средства на основе хлора для очистки титана.
• Даже ваши руки могут быть источником заражения. Но имейте в виду, что резиновые перчатки могут содержать хлор, поэтому вместо этого выбирайте пластиковые или хлопчатобумажные перчатки.
• Прежде чем зажечь дугу, убедитесь, что растворители, которые вы использовали для очистки поверхности, полностью испарились, поскольку обычно они имеют низкую температуру воспламенения.

Выберите защитный газ

Поскольку титан легко реагирует с воздухом, маслом, грязью, влагой и другими металлами, образуя хрупкие соединения, использование правильного защитного газа имеет важное значение, если вы хотите получить прочный сварной шов. Обычно большинство сварщиков используют для процесса аргон чистотой 99,999%. Только действительно чистые аргон и гелий обеспечивают оптимальную защиту от атмосферы.

Когда вы покупаете защитный газ для своего сварочного проекта, убедитесь, что вы получаете этот газ только от надежных поставщиков. Даже если аргон немного менее чистый, чем требуется, это может привести к обесцвечиванию. В итоге вы получите сварной шов с желтоватым оттенком, чего вы не хотите. Загрязненный газ или неполное покрытие также могут вызвать синеву и пятнистость.

С титаном нужно убедиться, что не только передняя, ​​но и задняя часть защищена от атмосферы. Любая область, подвергшаяся тепловому воздействию, будет иметь неблагоприятную реакцию, если она вступит в контакт с кислородом.

Для мелких деталей можно использовать закрытые отсеки из перчаточных ящиков, заполненных защитным газом. Вы даже можете использовать специально изготовленные полиэтиленовые камеры продувочного газа в сочетании с монитором продувки. С их помощью вы можете убедиться, что в камере достаточно аргона для обеспечения оптимальной защиты.

Если вы хотите добиться идеального уровня покрытия во время сварки, выполните следующие три шага:

• Основное экранирование – он обычно встроен в сварочную горелку и обеспечивает основное покрытие, необходимое для защиты расплавленной сварочной ванны. Вы можете использовать стандартную горелку с водяным охлаждением, оснащенную керамической чашкой и газовыми линзами. Мы предлагаем вам выбрать фонарь с более широкой чашкой для лучшего освещения.
• Вторичное экранирование – Висячие щиты обеспечивают вторичную защиту. Они прикреплены к концу большинства сварочных горелок и гарантируют, что все области, подверженные тепловому воздействию, защищены от загрязнения.
• Защита резервных копий – Эти устройства внешне похожи на висячие щиты и выполняют практически ту же функцию. Это либо портативные устройства, либо приклеенные скотчем. Они редко поставляются предварительно установленными в сварочной горелке.

Выбор правильной присадочной проволоки

При выборе присадочного металла для сварки титана и его сплавов мы предлагаем вам выбрать присадочную проволоку, которая в первую очередь обладает теми же свойствами, что и основной материал. Вы также можете выбрать проволоку, класс прочности которой на один класс ниже основного металла. В некоторых ситуациях сварщик может даже использовать присадочную проволоку другой категории.

Ваш выбор присадочной проволоки будет зависеть от свойств и комбинации соединения. Чтобы улучшить пластичность суставов:

• При сварке нелегированного титана более высокой прочности используйте присадочный металл с более низким пределом текучести основы.
• При сварке титана классов Ti-5A1-2,5Sn и Ti-6A1-4V можно использовать нелегированный присадочный материал.
• Другим вариантом является присадочный металл с более низким процентным содержанием кислорода, азота, водорода, углерода и других легирующих элементов, чем в основном металле.

Используемые процессы сварки

При сварке титана и титановых сплавов можно использовать любую из следующих процедур сварки:

• Электронно-лучевая сварка (ЭЛС)
• Дуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW) или сварка вольфрамовым электродом (TIG) в среде инертного газа
• Сварка сопротивлением (RW)
• Лазерная сварка (LBW)
• Плазменная дуговая сварка (PAW)
• Дуговая сварка в среде защитного газа (GMAW) или (MIG) в среде инертного газа
• Сварка трением (FRW)

1. Электронно-лучевая сварка

Это процесс синтеза, в котором используется высокоскоростной электронный пучок для соединения двух металлов. Когда луч соприкасается с металлическими деталями, он сильно нагревается. Две пластины плавятся и сплавляются, образуя прочное соединение. В аэрокосмической и авиационной промышленности используется электронно-лучевая сварка из-за долговечности получаемых соединений.

Вы можете использовать процедуру электронно-лучевой сварки для листов толщиной от 6 мм до 76 мм и более. Этот процесс позволяет получать высококачественные сварные швы с низким уровнем загрязнения, поскольку процесс происходит в атмосфере высокого вакуума.

2. Вольфрамовый инертный газ/GTAW

В процессах сварки TIG или GTA используется неплавящийся вольфрамовый электрод, который передает ток на сварочную дугу. Защитный газ используется для защиты сварочной ванны от внешних загрязнений, которые могут привести к получению слабых и некачественных сварных швов. В процессе вам понадобится присадочный металл или проволока для сварного соединения.

Это широко используемый процесс для сварки титана и его сплавов. Вы можете использовать TIG без присадочного материала для квадратных стыковых пазов на основных металлах толщиной до 2,5 мм. Для более толстых листов необходимо использовать присадочный металл, чтобы гарантировать долговечность сварного соединения.

3. Сварка сопротивлением (RW)

Сварка сопротивлением — это термоэлектрическая процедура. Он соединяет два куска металла вместе, пропуская контролируемый ток через пластины в течение контролируемого периода времени. Во время процедуры также обычно используется значительное давление. В этом методе тепло строго ограничено областью, которую необходимо соединить.

Вы можете использовать сварку сопротивлением для соединения титана и его сплавов для точечной или непрерывной сварки. Это особенно полезно, когда речь идет о сварке титана с другими металлами, такими как углеродистая сталь или пластины из нержавеющей стали.

4. Лазерная сварка (LBW)

Это еще один процесс сварки плавлением, при котором два куска металла соединяются вместе с помощью лазера. Он нагревает место пересечения двух пластин, которые плавятся и сливаются, образуя стык. Когда расплавленная сварочная ванна остывает и затвердевает, получается прочный и долговечный сварной шов.

В настоящее время сварщики все чаще предпочитают лазерную сварку титана, поскольку она устраняет необходимость в вакуумной камере. Однако использование защитного газа по-прежнему необходимо, поскольку сохраняется риск загрязнения.

Несмотря на то, что лазерный луч и электронный луч являются методами сварки плавлением, область применения первого более ограничена. Вы не можете эффективно использовать этот процесс на титановых пластинах толщиной более 13 мм.

5. Плазменная дуговая сварка (PAW)

Плазменно-дуговая сварка похожа на TIG, поскольку в ней также используется дуга между вольфрамовым электродом и заготовкой. Он подходит для использования практически со всеми классами титана и хорошо работает даже с более толстыми листами металла. Технику замочной скважины можно использовать и на однопроходной пластине толщиной до 13 мм.

6. Дуговая сварка в среде инертного газа (MIG)/дуговая сварка металлическим электродом (GMAW)

В сварке MIG используется сплошная металлическая проволока, которая непрерывно нагревается и подается через сварочный пистолет. Процесс требует использования защитного газа для защиты сварочной ванны от загрязнения. Многие сварщики предпочитают GMAW из-за высокой скорости наплавки металла и производительности.

Вы также можете использовать этот процесс для титановых сварных швов на пластинах толщиной более трех 3 мм. С помощью метода импульсного тока можно производить качественные сварные швы. Этот метод оказывается менее дорогостоящим, чем другие, особенно при использовании на титановых пластинах толщиной более 13 мм.

7. Сварка трением (FRW)

Как следует из названия, этот метод использует трение для соединения двух кусков металла вместе. Это процесс сварки в твердом состоянии, при котором полученное соединение такое же прочное, как и основание. Он широко используется в различных отраслях промышленности и полезен для соединения труб, труб или стержней. Он особенно хорошо работает в ситуациях, когда можно добиться чистоты шва без использования дополнительных защитных мер. Для получения дополнительной информации нажмите Что такое сварка трением?

Видео о сварке титана