Книги по строительству и ремонту

Ручная дуговая сварка

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

18.3. Сварка титана и его сплавов

Титан и его сплавы благодаря высоким физико-химическим свойствам все больше применяют в качестве конструкционного материала для авиационной и ракетной техники, химического машиностроения, приборостроения, судо- и машиностроения, в пищевой и других отраслях промышленности. Титан почти в два раза легче стали, его плотность 4,5 г/см3, он обладает высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью при нормальных и высоких температурах и во многих активных средах, теплопроводность титана почти в четыре раза меньше теплопроводности железа. Технический титан и его сплавы имеют легирующие добавки, повышающие прочность ав до 1000—1500 МПа. Сварка титана затруднена его способностью    активно   взаимодействовать с газами при нагревании. Уже при температуре 450 °С образуются оксид титана TiO2 и слой окалины, насыщенный кислородом и называемый альфированным слоем. Такой слой при сварке способствует образованию трещин. Содержание кислорода в титановых сплавах допускают не более 0,015 %.

Азот активно взаимодействует с титаном, повышая его прочность и снижая пластичность. Содержание азота в сплавах титана допускается не более 0,04—0,05 %.

Водород — наиболее вредный для титана газ, вызывающий его хрупкость и способствующий образованию трещин и пор даже при небольшом содержании. Содержание водорода в сплавах титана допускается не более 0,01—0,015%.

Вследствие активного взаимодействия титана и его сплавов с газами дуговая сварка покрытыми электродами не обеспечивает требуемых качеств сварного соединения и не применяется. Применяют ручную дуговую сварку вольфрамовыми электродами в аргоне, гелии или в их смеси. Однако обычная защита, применяемая при сварке горелкой с обдувом' защитным газом электрода, зоны дуги и ванны, также недостаточна, так как металл уже реагирует с кислородом при нагреве до 450 °С и выше. Следовательно, необходимо обеспечить защиту выполненного горячего шва и обратной стороны соединения, подвергаемой нагреву. Для полной защиты при сварке титана и его сплавов неплавящимся электродом применяют защитные камеры нескольких типов. При сварке на воздухе в цехе или на монтажной площадке применяют камеры-насадки (18.2, а) для местной защиты зоны сварки и нагретого сварного соединения. При местной защите обратная сторона шва может быть защищена специальной подкладкой с канавкой (18.2,6), куда подают защитный газ. При сварке трубопроводов применяют поддув защитного газа внутрь трубы (18.2, в). Для общей защиты свариваемой детали применяют жесткие, мягкие или полумягкие герметичные камеры, куда помещают деталь и горелку и наполняют инертным газом- под небольшим давлением. Сварщик манипулирует горелкой с помощью гибких или жестких механических рук и наблюдает за процессом   сварки   через иллюминаторы или через прозрачную оболочку. Применяют также камеры большого размера, оборудованные приборами безопасности для обеспечения работы сварщика в камере в специальном костюме в атмосфере инертного газа.

Наиболее мобильными и дешевыми являются камеры для местной защиты.

Подготовка титана и его сплавов к сварке и сборка деталей должны производиться особенно тщательно. Основной металл и сварочная проволока должны быть очищены от загрязнений и иметь чистую без альфированного слоя и окалины поверхность. При необходимости очищают металл дробеструйной обработкой, механическим способом, травлением и обезжириванием. Сварочную проволоку диаметром 1,2— 7 мм обычно поставляют после отжига в вакуумных печах при температуре   900—1000 °С   для   удаления водорода. Резка металла возможна обычными ножницами и плазменными резаками. При кислородной резке окисленные кромки удаляют механическим путем. Проволоку для присадки нарубают длиной 300— 400 мм. При толщине металла более 3 мм делают разделку кромок под углом 60—70°. Детали собирают под сварку с помощью прижимных или других приспособлений. Возможна сборка на прихватках, при этом детали из легированных сплавов титана прихватывают с применением присадочной проволоки, а детали из технического нелегированного титана — без присадки. Прихватки должны быть длиной 30—50 мм с расстоянием между ними 300 мм. Прихватки выполняют со стороны, обратной шву, и обязательно с защитой металла инертным газом с помощью местных или общих камер. В начале и конце стыка прихватывают специальные планки из основного металла, на которых начинают и заканчивают шов. Детали толщиной 0,5—3 мм собирают без зазора.

Ручную дуговую сварку титана и его сплавов в защитном газе выполняют постоянным током прямой полярности. Для сварки применяют вольфрамовые электроды марок ЭВЛ и ЭВИ, аргон высшего сорта, а для защиты горячего шва и нагретых частей основного металла — аргон 1-го сорта. Применяют типовые источники питания постоянного тока, а также специализированные установки для аргонодуговой сварки постоянным током УПС-301 и др. Стыковые соединения толщиной 0,5—3 мм, имеющие небольшие зазоры, сваривают с присадочным металлом. Стыковые соединения толщиной более 3 мм, имеющие разделку кромок, сваривают в несколько слоев, при этом сварку каждого слоя выполняют без колебательных движений электрода на малой погонной энергии с последующим охлаждением наплавленного валика до 100°С и проверкой его качества. Если валик окислен „до серого или темно-серого цвета, его следует вырубить до мягкого серебристого металла, после чего продолжать сварку следующего валика. Сварку ведут справа налево, наклоняя горелку под углом 55—65 °С, а присадочную проволоку — под углом 155—165 °С к горизонтали. Подварку стыкового шва с обратной стороны выполняют после сварки первого слоя основного шва.

В зависимости от марки сплава подбирают марку присадочной проволоки. Получили распространение флюсы-пасты АНТ-17А, АНТ-23А и др., которые наносят на кромки свариваемой детали. Использование флюса при сварке вольфрамовым электродом увеличивает глубину проплавления, сужает шов и зону термического влияния и повышает стойкость против возникновения пор. Благодаря увеличению проплавления возможно сваривать однопроходные швы из сплавов титатана толщиной до 12 мм без   разделки   кромок.