ГлавнаяСтатьи

Сварка титана и его сплавов

Высокая химическая активность в сочетании с низкой теплопроводностью, высоким электросопротивлением и температурой плавления, склонность к росту зерна в околошовной зоне определяют особенности сварки титана и его сплавов. Большая химическая активность титана при высоких температурах по отношению к азоту, кислороду и водороду затрудняет его сварку. Необходимым условием для получения качественного соединения при сварке титана плавлением является полная двухсторонняя защита от взаимодействия с воздухом не только расплавленного металла, но и нагретого выше 600°С основного металла и шва. При нагреве до высоких температур титан склонен к росту зерна. Для устранения этого сварку следует выполнять при минимально возможной погонной энергии. Вследствие загрязнения металла сварного шва газами понижается его пластичность, что приводит к образованию холодных трещин. Загрязнение металла шва водородом можно предупредить, применяя электродную или присадочную проволоку, предварительно подвергнутую вакуумному отжигу. Содержание водорода в такой проволоке не превышает 0,004 0,006%. Большое влияние на качество сварного соединения оказывает состояние поверхности кромок и присадочного металла. Для удаления окиснонитридной пленки, образующейся после термообработки, ковки, штамповки, используют опеокоструивание и последующее травление в смеси солей с кислотами или щелочами.

Технологичность сварных конструкций из титана и его сплавов определяется простотой струйной защиты сварного соединения от воздействия газов атмосферы с внешней и обратной стороны шва, свободным подведением сварочной горелки к месту сварки. Параметры режима выбирают в зависимости от марки свариваемого сплава, размеров, формы и конструктивных особенностей изделий. Дуговая сварка может выполняться на большой и малой скоростях. Однако большая скорость предпочтительнее, так как в этом случае металл сварного соединения меньшее время находится под действием высоких температур, т. е. обеспечивается мелкозернистость структуры металла, минимальная зона термического влияния, уменьшаются деформация свариваемых изделий, расход защитных газов и электроэнергии. С повышением напряжения на дуге увеличивается ширина шва, уменьшается проллавление металла и ухудшается струйная защита сварного соединения. Исходя из этого, выбирают напряжение минимальной величины, поэтому металл толщиной до 3 мм сваривают обычной дугой, а толщиной свыше 3 мм — погруженной дугой, чем достигается полное проплавление корня шва. Для сварки изделий толщиной до 2 мм рекомендуется применять импульсный режим тока. Этот способ сварки позволяет снизить число пор и деформацию свариваемых изделий вследствие уменьшения нагрева металла во время пауз.

Ручная электродуговая сварка титана вольфрамовым электродом производится в аргоне, гелии или их смеси. Широкое распространение получила сварка в аргоне. Это объясняется рядом преимуществ аргоновой защиты. При сварке в аргоне напряжение на дуге в 1,5—2 раза ниже, чем при сварке в гелии. При одном и том же токе в процессе сварки, в аргоне выделяется тепла меньше по сравнению со сваркой в гелии. Поэтому при сварке в аргоне легче управлять процессом. Аргон обеспечивает лучшую защиту зоны сварки, так как он в 10 раз тяжелее гелия и на 25%’ тяжелее воздуха. При этом расход аргона сокращается на 30—35%! по сравнению с гелием. Кроме того, стоимость аргона меньше, чем гелия.

Вольфрамовые электроды без присадочного металла применяются при сварке встык без зазора между кромками. Ослабления шва не наблюдается вследствие термического расширения титана и сжатия свариваемых кромок. Сварка с присадочным металлом используется при наличии зазоров и разделки кромок и если необходимо получить усиление шва. Стыковые соединения толщиной 0,5—1 мм сваривают без присадочного металла. Свариваемые кромки разделывают при толщине металла более 3 мм.

Сварка вольфрамовым электродом производится на постоянном токе прямой полярности. В результате уноса с катода электронами значительной части энергии он охлаждается, что способствует концентрации тепла в месте сварки. Для устойчивого горения душ в среде инертных газов при постоянном напряжении источника тока в цепь включается балластный реостат. На рис. 61 представлена схема поста для ручной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом.

Рис. 61. Схема поста для ручной аргонодуговой сварки титана и его сплавов
1 — сварочный преобразователь (выпрямитель); 2 — балластный реостат; 3 — шунт; 4 — контактор; 5 —горелка; 6 — свариваемое изделие; 7 — поддувка; 8 — ресивер; 9 — баллон с аргоном; 10 — электрогазовый клапан; 11 — редуктор; 12 — ротаметр

Сварка и прихватка изделий из титана и его сплавов должна выполняться в приспособлениях, обеспечивающих: высокое качество работ, свободный доступ к месту сварки, надежную защиту места сварки и остывающих участков шва и околошовной зоны, надежную защиту обратной стороны сварного соединения от воздействия газов окружающей среды, охлаждение сварного соединения в процессе сварки. При сварке трубопроводов и трубных узлов рекомендуется применять насадки (рис. 62) и поддувки (рис. 63) для защиты наружной стороны стыка трубопровода. Насадка используется для стыков трубопроводов диаметром 200—300 мм. Для защиты обратной стороны сварного соединения применяют специальные камеры. Если невозможно использовать приспособления для поддува (сварка монтажных стыков и т. п.), то защитным газом заполняют всю систему трубопровода или отдельные его участки.

Рис. 62. Защита наружной стороны шва насадкой при сварке трубопроводов
1 — свариваемая труба; 2 — присадочная проволока; 3— горелка; 4 — козырек; 5 — сетка

Рис. 63. Защита наружной стороны шва под-дувкой при сварке трубопроводов
1 — пружина; 2 — трубка; 3 — цепочка; 4 — сварной шов

Рис. 64. Схема защиты наружной стороны шва при ручной аргоно-дуговой сварке листовых конструкций
а —продольный разрез защитного колпака; б — насадка к горелке с отражательной шайбой; 1 — титановая стружка; 2 — насадка к горелке; 3— вольфрамовый электрод; 4 ~ распылитель защитного газа; 5 —отражатель газа; 6 — сопло горелки дуваемого в систему или ее участок, должен быть в 5‘раз больше, чем объем заполняемого пространства.

При изготовлении листовых конструкций для защиты наружной стороны сварного соединения применяют колпаки или насадки (рис. 64), для защиты обратной сторо-ны — специальные поддувки (рис. 65), которые в процессе сварки передвигает вспомогательный рабочий. Угловые соединения сваривают с использованием приспособлений, обеспечивающих двухстороннюю защиту (рис. 66), а защиту при сварке тавровых соединений осуществляют по схеме, показанной на рис. 67.

Рис. 65. Схема защиты обратной стороны шва при ручной аргонодуго-вой сварке листовых конструкций
1 — присадочная проволока; 2— сопло горелки; 3 — изделие; 4 — приспособление для защиты обратной стороны

Рис. 66. Приспособление для защиты при сварке угловых швов
1 — сварной шов; 2 — козырек для защиты наружной стороны шва; 3 — свариваемое изделие; 4 — козырек для защиты обратной стороны шва

Изделия из титана и его сплавов необходимо сваривать на сборочно-сварочных участках в закрытых помещениях, а в условиях монтажа — в специальных тепляках или камерах с контролируемой атмосферой. На участке или в тепляке температура должна быть не ниже + 15 С. Рабочее место следует хорошо освещать с тем,

Чтобы можно было определять цвета побежалости на поверхности свариваемых изделий. На сборочно-сварочном участке не допускаются сквозняки, местные отсосы воздуха, скорость которых превышает 0,5 м/мин. Работу вентиляционных устройств и пневматических ручных машин нужно наладить таким образом, чтобы не нарушалась газовая защита при сварке.

Рис. 67. Приспособление для защиты при сварке тавровых соединений

До начала сварки, а также после замены баллона с защитным газом необходимо провести продув системы газом в течение 1—2 мин при объемном расходе газа 200-Ю-6—267-Ю-6 м3/с. Сварку рекомендуется начинать и заканчивать на технологических планках и по возможности выполнять без перерывов. В случае перерыва в процессе сварки, а также при окончании сварки кольцевых швов, начало и конец шва следует перекрывать на 30—60 мм. Перекрываемые участки зачищаются стальной щеткой до металлического блеска.

Ручная сварка вольфрамовым электродом выполняется «углом вперед», присадочный материал подается непрерывно под углом 10—20° к изделию. Поперечные колебания электрода не допускаются. Присадочный материал должен подаваться без возвратных движений. Вылет вольфрамового электрода из сопла горелки не должен превышать 5—7 мм. При сварке труднодоступных участков шва вылет электрода может быть увеличен при условии сохранения хорошей защиты шва. При хорошей защите металла сварной шов имеет серебристый оттенок (металлический блеск). Ухудшение защиты сопровождается появлением на поверхности шва цветов побежалости. Допускаются такие условия сварки, при которых поверхность шва имеет окраску не темнее светло-соломенного цвета, однако в этом случае указанные участки должны быть зачищены до металлического блеска. При многослойной сварке нужно тщательно зачищать каждый валик от окисной пленки, характеризующейся появлением цветов побежалости. Сварку продольных швов следует начинать и заканчивать на технологических выводных планках из того же металла, что и свариваемые изделия. После окончания сварки инертный газ подается до полного остывания нагретых участков. Техника сварки импульсной и непрерывной дугой одинакова.

Сочетание в сварных конструкциях сплавов с различными свойствами позволяет значительно снизить массу и стоимость изделий, применять менее легированные сплавы, упрощать технологический процесс изготовления конструкций. В настоящее время изготавливаются сварные конструкции из разнородных сплавов титана ВТ14 и ОТ4 без присадочного и с присадочным металлом марок ОТ4 и ВТ1. Более пластичный шов получается при использовании сварочной проволоки из сплава ВТ1 без термообработки и с последующей закалкой и старением после сварки. Применяется также сварка титана с алюминиевыми и медными сплавами, а также со сталями. Такое сочетание металлов позволяет при минимальной массе обеспечить работу сварных конструкций при высоких температурах и в агрессивных средах. Сварку титана с алюминиевыми и медными сплавами, со сталью рекомендуется проводить с использованием промежуточных металлов. В качестве промежуточных сплавов при сварке со сталью применяется ниобий или тантал со стороны титана и бронзы — со стороны стали. Сварка становится возможной ввиду близости свойств титана, ниобия и тантала, с одной стороны, и свойств бронзы к этим металлам и стали — с другой.

—-

Из-за высокой химической активности титана и его сплавов для них нельзя применять аргонодуговую сварку с односторонней защитой сварного соединения, если незащищенные участки сварного соединения и обратная сторона шва нагреты выше 500—600 °С. Непременным условием получения качественного соединения при сварке плавлением является не только хорошая защита сварочной ванны, но и полная двусторонняя защита участков сварного соединения, нагретых выше 500 °С, от взаимодействия с воздухом. При сварке трубопроводов и их узлов для защиты наружной стороны стыка (рис. 43) рекомендуется использовать специальные насадки и поддувки. Для защиты шва с внутренней стороны применяют приспособления типа камер (рис. 44). Приспособления должны иметь кривизну, соответствующую конфигурации трубопровода. Газ скапливается в небольшом объеме в месте сварки, надежно защищая обратную сторону шва от воздуха. В этом случае не требуется заполнять газом всю полость трубы, что при большом объеме работ значительно экономит аргон. При небольшом объеме работ изготовлять такие приспособления экономически невыгодно, поэтому пользуются заглушками, устанавливаемыми с обеих сторон трубы. Газ, выходя в одну из заглушек, вытесняет воздух через клапан в другой. При сварке трубопровода на монтаже заглушки устанавливают последовательно пока не продуют весь трубопровод. В крайнем случае продувают определенную нить трубопровода или целиком весь трубопровод. Объем газа для продувки участка трубопровода, ограниченного заглушками, должен быть в 5 раз больше, чем объем полости. Время продувки для различных объемов определяют экспериментально. Например, для трубопровода диаметром 300 мм с толщиной стенки 8 мм при расходе газа 10, 12, 20 л/мин оно равно соответственно 7,5; 4,5 и 3,5 мин. При сварке толстостенных трубопроводов целесообразно после заварки корневого шва обратную сторону шва защищать водой, наполняя ею трубопровод. При этом сварку необходимо вести на повышенных режимах и следить за тем, чтобы в зоне сварки не было воздушных «мешков».

Рис. 43. Приспособление для защиты наружной стороны шва при сварке трубопроводов
1 — свариваемый трубопровод; 2 — присадочная проволока; 3 — горелка; 4 — козырек; 5 — сетка

При изготовлении листовых конструкций для защиты наружной стороны сварного соединения применяют специальные насадки и колпаки, а обратной стороны — специальные поддувки, которые в процессе сварки передвигает вспомогательный рабочий.

Изделия из титана и его сплавов необходимо сваривать на сборочно-сварочных участках в закрытых помещениях, а в условиях монтажа — в специальных тепляках. Помещения участков должны быть теплыми, сухими и чистыми с температурой не ниже 15 °С. Облицовка пола и стен должна обеспечивать легкое удаление пыли. Помещение должно хорошо освещаться, а каждое рабочее место иметь местное освещение, обеспечивающее возможность определения цветов побежалости на поверхности сварных соединений. Недопустимы сквозняки и местные потоки воздуха, скорость которых превышает 0,5 м/мин. Работу вентиляционных устройств и пневматических ручных машин следует организовать так, чтобы при сварке не нарушалась газовая защита. На сборочно-сварочном участке не допускается выполнять работы, связанные с выделением газа, дыма и пыли (газовая сварка, электродуговая сварка других металлов, зачистка наждачным инструментом и т. п.). Основной объем работ по зачистке конструкций и кромок должен быть сосредоточен на заготовительном участке. Не допускается также проводить работы, связанные с сильными шумами (работа пневматическими ручными машинами, правка и клепка). Все работы по сборке и сварке должны выполняться в условиях, исключающих попадание в зону сварки жировых веществ, влаги. Рабочие должны быть одеты в чистую спецодежду и пользоваться рукавицами светлого цвета, на которых хорошо видно всякое загрязнение.

Рис. 44. Приспособления для защиты обратной стороны шва
а, б — при приварке фланца к патрубку с наружной стороны; в — то же, с внутренней стороны; г — при сварке прямых участков трубопроводов и тройников; д — то же, секционных отводов

Перед сборкой поверхность детали у кромок, в местах наложения швов, в околошовной зоне следует обработать наждачным кругом (шабером, напильником) на ширину не менее 20 — 25 мм от границ разделки кромок. На кромках не допускаются трещины, надрывы, забоины, заусенцы и другие дефекты. Непосредственно перед сборкой детали необходимо очистить от загрязнений металлической щеткой и обезжирить стандартными растворителями. Прихватка деталей, не зачищенных и не обезжиренных по кромкам, запрещается. Нельзя прикасаться голыми руками к обезжиренным участкам деталей. После сборки проверяют чистоту обработки кромок, отсутствие на свариваемых поверхностях загрязнений, смещение кромок, величину зазора, качество прихваток.

Для резки титана рекомендуется применять кислородную, воздушно-дуговую и плазменную резку. Кислородную резку следует вести при усиленной вытяжной вентиляции. Торцы деталей после резки обрабатывают механическим способом до полного удаления следов резки. Для этого после кислородной резки снимают минимум 2 мм металла, после воздушно-дуговой резки — 1,5 мм и после плазменной—1 мм. Присадочную проволоку или прутки перед сваркой следует очистить от окислов мелкозернистой наждачной бумагой, а затем протереть салфеткой, смоченной в растворителе. Протирку выполняют до тех пор, пока на салфетке не будут оставаться следы загрязнений.

До начала сварки и после замены баллона с защитным газом необходимо продуть систему газом в течение 1—2 мин при расходе газа 12—16 л/мин. Сварку рекомендуется начинать и заканчивать на технологических планках и по возможности проводить без перерыва. В случае перерыва, а также по окончании сварки кольцевых швов начало и конец шва следует перекрыть на 30 — 60 мм. Перекрываемые участки зачищают стальной щеткой до металлического блеска. Детали, подлежащие сварке, после их закрепления в приспособлении прихватывают, шаг прихваток 15 — 25 мм для металла толщиной до 1 мм, 50—100 мм — для толщин 1—3 мм и 200-300 мм — для толщин более 3 мм. Ручную сварку неплавящимся электродом выполняют «углом вперед» как с присадочным металлом, так и без него. Присадку подают непрерывно под углом 10—20° к изделию без возвратных движений. При сварке титана исключается поперечное колебание электрода. Вылет не-плавящегося электрода из насадки горелки не должен превышать 5—7 мм. При сварке труднодоступных участков шва вылет электрода может быть увеличен при условии сохранения хорошей защиты шва. При сварке многослойных швов нужно тщательно очищать каждый валик от окисной пленки, характеризующейся появлением цветов побежалости. После окончания сварки инертный газ подают до полного остывания нагретых участков. При хорошей защите сварной шов имеет серебристый оттенок (металлический блеск). Ухудшение защиты сопровождается появлением цветов побежалости на поверхности шва. Допускаются такие условия сварки, при которых поверхность шва имеет окраску не темнее светло-соломенного цвета, однако после сварки эти участки должны быть зачищены до металлического блеска.

Аргонодуговую сварку обычной дугой ведут на постоянном токе прямой полярности от стандартных источников питания. Металл толщиной до 4 мм сваривают за один проход. При большей толщине применяют многопроходную сварку. Увеличить производительность сварки и глубину проплавления позволяет погружение дуги ниже поверхности свариваемых кромок. Этим способом можно сваривать метал толщиной до 10 мм без разделки кромок и присадочного металла. Для сварки тонколистного металла толщиной менее 2,5 мм рекомендуется импульсная сварка без присадочной проволоки. Разработана плазменная сварка титана толщиной 0,5 — 12,5 мм и многослойная сварка металла толщиной более 12 мм. По сравнению с обычной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом плазменная сварка обеспечивает более высокую производительность и меньшую деформацию свариваемых изделий. Однако в этом случае к качеству сборки предъявляются более жесткие требования.

Для снижения погонной энергии, уменьшения зоны термического влияния, пористости швов и улучшения защиты металла от взаимодействия с воздухом при аргонодуговой сварке применяют фтористые флюсы.



Читать далее:
Горячая сварка чугуна
Холодная сварка чугуна
Сварка свинца
Сварка никеля и его сплавов
Сварка меди и ее сплавов
Сварка высоколегированных сталей различных групп
Общие вопросы ручной дуговой сварки покрытыми и вольфрамовыми электродами
Общие вопросы сварки высоколегированных сталей
Cварка среднелегированных сталей
Cварка низколегированных сталей



Ваш отзыв


 



Главная