СВАРКА ТИТАНА и его СПЛАВОВ

Свариваемость титана и его сплавов зависит от их физико-химических свойств. Наиболее важными из этих свойств являются: высокая активность титана к газам атмосферы при повышенных температурах, значительная склонность к росту зерен при нагреве и возможность образования хрупких фаз при охлаждении сварного соединения. При комнатной температуре титан взаимодействует с кислородом, стабилизирующим ά-фазу, с образованием поверхностного слоя с большой твердостью – альфинированного слоя, – который предохраняет титан от дальнейшего окисления. При нагреведо 350°С и выше титан активно поглощает кислород, образуя структуры внедрения – различные окислы с высокой твердостью, прочностью и низкой пластичностью. По мере окисления оксидная пленка меняет окраску от желто-золотистого до темно-фиолетовой, переходящей в белую.

Отличительной особенностью при сварке титана по сравнению со сваркой стали является высокая химическая активность его при температуре выше 600°С, что способствует при взаимодействии с воздушной атмосферой образованию хрупких структур и как следствие – образованию холодных трещин. Поэтому сварку титана производят либо в атмосфере инертных газов, либо в вакууме. В качестве инертной атмосферы при дуговой сварке неплавящимся электродом используют аргон или гелий. При дуговой сварке титана неплавящимся электродом аргон нашел более широкое применение, чем гелий, благодаря следующим преимуществам:

- аргон в 10 раз тяжелее гелия и поэтому позволяет обеспечивать качественную защиту зоны сварки при расходе инертного газа на 50% меньше;

- стоимость аргона значительно ниже;

- длина дуги в аргоне при одном и том же значении напряжения дуги больше, поэтому аргон используют при РЭДС, когда необходим визуальный обзор зоны введения присадочного прутка в сварочную ванну.

Благодаря очень высокой теплопроводности (3,32●10^-4кал/cм c °C) и небольшой длине дуги гелий приводит к более высокой концентрации тепла в дуге, что увеличивает проплавляющую способность и позволяет без разделки кромок и без присадки сваривать механизированной сваркой вольфрамовым электродом в инертных газах за два прохода соединения толщиной до 40 мм. Попытки использовать гелий в качестве защитного газа были неудачными в связи с большим браком из-за вольфрамовых включений , образующихся в связи с частыми короткими замыканиями вследствие малой длины дуги и недостаточной стойкости вольфрамовых электродов. Для сварки в струе инертных газов неплавящимся электродом разработаны горелки для защиты расплавленного металла и приставки для защиты остывающего металла. Смеси аргон-гелий для сварки титана не получили широкого применения.

В качестве неплавящихся электродов используются прутки из чистого вольфрама, а также прутки вольфрама с активирующими добавками окислов тория, лантана и иттрия. Стойкость вольфрамовых электродов и стабильность процесса сварки зависят от качества газовой защиты, токовой загрузки марки электрода и геометрии его заточки. Длина дуги в процессе ручной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом должна поддерживаться постоянной и быть в пределах от 1,5 до 4 мм в зависимости от диаметра присадки. Сила тока и скорость сварки зависят от длины дуги, присадочной проволоки, типа разделки, толщины соединения.

При сварке с присадкой рекомендуется концом присадочного прутка опираться на край сварочной ванны и расплавлять его по мере перемещения дуги. Во избежание образования в наплавленном металле пор и несплавлений между валиками, а также нарушения газовой защиты не допускаются в процессе сварки колебательные движения присадочного прутка и принудительная подсадка его в сварочную ванну. В процессе сварки нагретый конец присадочного прутка не должен выводиться из зоны газовой защиты. В случае преждевременного выведения присадочного прутка из зоны защиты и наличия на нем цветов побежалости окисленный конец прутка необходимо обрубить.

Вольфрамовый электрод при сварке должен перемещаться равномерно-поступательно. Допускаются поперечные колебания вольфрамового электрода не более чем на 4 мм от центра присадочного прутка. При сварке с колебаниями вольфрамового электрода сварочная ванна (по всей ширине) должна оставаться в зоне газовой защиты. В тех случаях, когда оперировать прямым присадочным прутком затруднительно. Конец присадочного прутка рекомендуется изогнуть. Прежде чем гасить дугу, следует заделать кратер выполненного валика: он должен быть плоским или слегка выпуклым.

При многопроходной ручной сварке не следует перегревать выполняемый шов. Основным критерием достаточного охлаждения является отсутствие цветов побежалости. С целью предупреждения сильного разогрева сварного шва в процессе его выполнения можно применять форсированное охлаждение зоны сварки обдувом сжатым воздухом или проточной водой с обратной стороны соединения с помощью специальных приспособлений. При этом толщина уже заваренной части соединения должна быть не менее 8 мм. Сварку рекомендуется производить на проход или обратноступенчатым способом отдельными участками (ступенями) длиной от 100 до 300 мм в направлении, обратном общему направлению сварки. Наиболее эффективна сварка обратноступенчатым способом при выполнении однослойных швов и корневых проходов многослойных швов. Однослойные швы в соединениях деталей толщиной от 0,5 до 1 мм рекомендуется выполнять ступенями длиной не более 30 мм с принудительным охлаждением в процессе сварки. Наплавку валиков в многослойных замкнутых швах необходимо начинать и заканчивать с перекрытием на 5-15 мм.