Титан — распространенный в природе металл, в земной коре его больше, чем меди, свинца и цинка. При плотности 4,51 г/см 3 титан имеет прочность 267…337 МПа, а его сплавы-до 1 250 МПа. Это тускло-серый металл с температурой плавления 1668 0 С, коррозионно стоек при нормальной температуре даже в сильных агрессивных средах, но очень активен при нагреве выше 400 0 С. В кислороде способен к самовозгоранию. Бурно реагирует с азотом. Окисляется водяным паром, углекислым газом, поглощает водород. Теплопроводность титана более чем в два раза ниже, чем у углеродистой стали. Поэтому при сварке титана, несмотря на его высокую температуру плавления, требуется меньше тепла.
Расплавленный титан жидкотекуч, сварочный шов хорошо формируется при всех способах сварки.
Основная трудность сварки титана — это необходимость надежной защиты металла, нагреваемого выше температуры 400 0С, от воздуха, для этого дуговую сварку ведут в среде аргона и в его смесях с гелием.
При сложной конструкции деталей, когда осуществить местную защиту трудно, сварку ведут с общей защитой в камерах с контролируемой атмосферой.
2.Описание способов сварки титана и титановых сплавов
Для того, чтобы надежно осуществить сварку титана, надо защитить как зону сварки, так и обратную сторону шва от воздействия атмосферного воздуха. Для этого делаются удлиненные насадки с отверстиями и защитные козырьки, которые защитят зону сварки. Обратную сторону шва защитит медная или стальная подкладка, которая плотно прижимается к шву.
Каким будет качество сварных соединений — это зависит напрямую от проведенной подготовки кромок деталей И самой титановой проволоки. Оксидная пленки, образующаяся после горячей обработки, должна быть удалена механическим путем. Титан после этого должен быть протравлен в течении 5-10 мин в смеси солей с кислотами (50 г фторида натрия, 350 мл соляной кислоты и 650 мл воды) при температуре 60°С.
Из-за высокой химической активности титановые сплавы удается сваривать дуговой сваркой в инертных газах неплавящимся и плавящимся электродом, дуговой сваркой под флюсом, электронным лучом, электрошлаковой и контактной сваркой. Расплавленный титан жидкотекуч, шов хорошо формируется при всех способах сварки.
Основная трудность сварки титана — это необходимость надежной защиты металла, нагреваемого выше температуры 400 0 С, от воздуха.
Технология сварки в инертных газах
... переменным током плавящимся и неплавящимся электродами. Аргон является основной защитной средой при сварке алюминия, титана, редких и активных металлов. Газообразный аргон хранится и транспортируется в стальных ... соединения, нагретых выше 500 градусов, от взаимодействия с воздухом. Для это применяются специальные насадки и поддувки. Для сварки тугоплавких и активных металлов, для улучшения защиты ...
Дуговую сварку ведут в среде аргона и в его смесях с гелием. Сварку с местной защитой производят, подавая газ через сопло горелки, иногда с насадками, увеличивающими зону защиты. С обратной стороны стыка деталей устанавливают медные подкладные планки с канавкой, по длине которой равномерно подают аргон. При сложной конструкции деталей, когда осуществить местную защиту трудно, сварку ведут с общей защитой в камерах с контролируемой атмосферой. Это могут быть камеры-насадки для защиты части свариваемого узла, жесткие камеры из металла (см. рис. 1) или мягкие из ткани со смотровыми окнами и встроенными рукавицами для рук сварщика. В камеры помещают детали, сварочную оснастку и горелку. Для крупных ответственных узлов применяют обитаемые камеры объемом до 350 м 3 , в которых устанавливают сварочные автоматы и манипуляторы. Камеры вакуумируются, затем заполняются аргоном, через шлюзы в них входят сварщики в скафандрах.
Аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом детали толщиной 0,5… 1,5 мм сваривают встык без зазора и без присадки, а толщиной более 1,5 мм — с присадочной проволокой. Кромки свариваемых деталей и проволока должны зачищаться так, чтобы был снят насыщенный кислородом альфированный слой. Проволока должна пройти вакуумный отжиг при температуре 900… 1000 0 С в течение 4 ч. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности. Детали толщиной более 10… 15 мм можно сваривать за один проход погруженной дугой (рис. 103).
После образования сварочной ванны увеличивают расход аргона до 40…50 л/мин, что приводит к обжатию дуги. Затем электрод опускают в сварочную ванну. Давление дуги оттесняет жидкий металл, дуга горит внутри образовавшегося углубления, ее проплавляющая способность увеличивается.
Рис. 1. Схема сварки погруженной дугой: 1 — поток защитного газа; 2 — сопло горелки; 3 — оттесненный жидкий металл; 4 — сварочная дуга; 5 — свариваемая деталь
Узкий шов с глубоким проплавлением при сварке неплавящимся электродом в аргоне можно получать, применяя флюсы-пасты АН-ТА, АНТ17А на основе фтористого кальция с добавками. Они частично рафинируют и модифицируют металл шва, а также уменьшают пористость.
Дуговую сварку титановых сплавов плавящимся электродом (проволокой диаметром 1,2…2,0 мм) выполняют на постоянном токе обратной полярности на режимах, обеспечивающих мелкокапельный перенос электродного металла. В качестве защитной среды применяют смесь из 20 % аргона и 80 % гелия или чистый гелий. Это позволяет увеличить ширину шва и уменьшить пористость.
Титановые сплавы можно сваривать дуговой сваркой под бескислородными фтористыми флюсами сухой грануляции АНТ1, АНТЗ для толщины 2,5…8,0 мм и АНТ7 для более толстого металла. Сварку ведут электродной проволокой диаметром 2,0…5,0 мм с вылетом электрода 14…22 мм на медной или на флюсомедной подкладке, либо на флюсовой подушке. Структура металла в результате модифицирующего действия флюса получается более мелкозернистой, чем при сварке в инертных газах.
Сварка цветных металлов и сплавов
... сварки химически активных металлов (высоколегированные стали и цветные металлы). В среде защитных газов применяется ручная и механизированная сварка неплавящимся электродом, а также автоматическая и полуавтоматическая плавящимся электродом. ... непосредственно по изделию. Основным их назначением является подача электродной проволоки в дугу и поддержание постоянного режима сварки в течение всего ...
При электрошлаковой сварке используют пластинчатые электроды из того же титанового сплава, что и свариваемая деталь, толщиной 8…12 мм и шириной, равной толщине свариваемого металла. Используют тугоплавкие фторидные флюсы АНТ2, АНТ4, АНТ6. Чтобы через флюс не проникал кислород, шлаковую ванну дополнительно защищают аргоном. Металл зоны термического влияния защищают, увеличивая ширину формирующих водоохлаждаемых ползунов и продувая в зазор между ними и деталью аргон. Сварные соединения после электрошлаковой сварки имеют крупнокристаллическую структуру, но свойства их близки к основному металлу. Перед электрошлаковой сваркой, так же как и перед дуговой, флюсы должны быть прокалены при температуре 200…300 0 С.
Электронно-лучевая сварка титановых сплавов обеспечивает наилучшую защиту металла от газов и мелкозернистую структуру шва. Требования к сборке по сравнению с другими способами жестче.
При всех способах сварки титановых сплавов нельзя допускать перегрева металла. Нужно применять способы и приемы, позволяющие влиять на кристаллизацию металла: электромагнитное воздействие, колебания электрода или электронного луча поперек стыка, ультразвуковое воздействие на сварочную ванну, импульсный цикл дуговой сварки и т.п. Все это позволит получать более мелкую структуру шва и высокие свойства сварных соединений.
3. Режимы сварки титана и его сплавов
Сварку ведут без колебательных движений горелки, на короткой дуге углом вперед. Угол между электродом и присадочным материалом поддерживают в пределах 90°, подачу присадочной проволоки осуществляют непрерывно. После окончания сварки или обрыва дуги аргон должен подаваться до тех пор пока металл не остынет примерно до 400°С.
рис.1. Схема ручной сварки титана неплавящимся электродом
Некоторые технологические указания по сварке титана и его сплавов вольфрамовым электродом в аргоне приведены ниже.
1. Сварку производить постоянным током при прямой полярности.
2. Зажигание дуги производить касанием вольфрамового электрода о свариваемое изделие, причем только при наличии газовой защиты.
3. При наплавке валика вольфрамовый электрод располагать иод углом 70—85 o к поверхности свариваемого изделия, а присадочный материал под 90—100o к оси электрода (рис.1).
4. Вылет вольфрамового электрода должен быть равным 6—8 мм. Длина дуги должна поддерживаться постоянной в пределах 1—2 мм.
5. Присадочный материал вводить в зону сварки равномерно, без поперечных колебаний, опираясь концом стержня на край сварочной ванны. Нагретый конец присадочного стержня не должен выводиться из зоны газовой защиты.
6. Горелку перемещать равномерно-поступательно без поперечных колебаний.
7. Гасить дугу следует выключением сварочного тока кнопкой, расположенной на горелке, предварительно заплавив кратер.
8. Прекращать подачу защитного газа через горелку и отвод ее от изделия осуществлять только через 5—10 сек после потемнения шва.
9. При многопроходной сварке после каждого прохода производить тщательную зачистку сварных швов от окисной пленки.
10. Защиту обратной стороны шва производить плотно подгоняемыми медными и стальными подкладками, остающимися подкладками из технического титана, поддувом аргона в специальные канавки в подкладках, или в устанавливаемые карманы вдоль сварного шва.
При выполнении угловых и нахлесточиых соединений крупногабаритных изделий, когда поддув аргона затруднен, сварку можно производить без защиты обратной стороны шва, выполняя сварку на участках длиной 15—20 мм с перерывами при минимальном разогреве свариваемых элементов.
Таблица 1. Режимы ручной аргонодуговой сварки титана и его сплавов
|
Толщина свариваемых кромок, мм |
Сила тока, а |
Диаметр присадочного материала (проволока), мм |
Диаметр мундштука, мм |
Расход аргона через горелку, л/мин |
|
|
0,5 |
15-30 |
1,0 |
8-10 |
8-12 |
|
|
1,0 |
50—60 |
1,5 |
8—10 |
8—12 |
|
|
2,0 |
80—100 |
2,0 |
10-12 |
10—14 |
|
|
3,0 |
120—140 |
3,0 |
10-12 |
10—14 |
|
|
4,0 |
120—150 |
3,0 |
12-16 |
12-16 |
|
|
5,0 |
130—160 |
3,0 |
12-16 |
12—16 |
|
|
7,0 |
140—180 |
3—4 |
12—16 |
12-16 |
|
Примечания:
1. Напряжении на дуге 12—16 В.
2. Скорость наложения прохода 20—25 см/мин.
Таблица 2. Режимы автоматической сварки титана плавящимся электродом
|
Толщина металла, мм |
Метод сварки |
Диаметр электродной проволоки, мм |
Ток, А |
Напряжение дуги, В |
Скорость подачи электродной проволоки, м/ч |
Скорость сварки, м/ч |
|
|
2,5 |
Односторонний шов на остающейся подкладке |
2 |
180—200 |
30—32 |
160-165 |
50 |
|
|
4 |
Односторонний шов на остающейся подкладке |
2,5 |
270-290 |
30—32 |
185—190 |
50 |
|
|
6 |
Односторонний шов на медной подкладке |
3 |
390—420 |
30—32 |
170—175 |
50 |
|
|
8 |
Односторонний шов на медной подкладке |
4 |
590—600 |
32—34 |
95—100 |
45 |
|
|
8 |
Двухсторонний шов |
3 |
310—330 |
30—32 |
135—140 |
50 |
|
|
10 |
Односторонний шов на медной подкладке |
4 |
600—620 |
32—34 |
110—115 |
45 |
|
|
12 |
Двухсторонний шов |
3 |
350—400 |
30—32 |
160—165 |
50 |
|
4. Конструктивная кинематическая схема поста для аргонодуговой сварки
Аргонодуговая сварка осуществляется плавящимся и неплавящимся электродами. При восстановлении деталей используется в основном сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с ручной подачей присадочного материала в зону горения дуги (рис. 2).
Рисунок 2 — Защита зоны горения дуги
Для защиты сварочной ванны от окисления в зону горения дуги под небольшим давлением подают защитный газ. Общий вид рабочего поста для сварки алюминия аргонодуговой сваркой представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 — Схема рабочего поста для аргонодуговой сварки
1 — баллон с аргоном; 2 — газовый редуктор; 3 — электропневмоклапан; 4 — ротаметр; 5 — шкаф электропитания; 6 — установка ИСВУ-315-1; 7 — станция охлаждения; 8 — горелка; 9 — свариваемое изделие; 10 — рабочий стол; 11 — вытяжной зонт.
5. Оборудование и материалы для аргонодуговой сварки
Для осуществления аргонодуговой сварки используют установки УДГ-301, УДГ-501, ВСВУ-315, ИСВУ-315-1, ТИР-300, ТИР-300ДМ и др. В качестве неплавящегося электрода при аргонно-дуговой сварке используют вольфрамовые прутки марки ВА-1А, ВТ-15 или ВЛ-10. Диаметр вольфрамового электрода выбирают в зависимости от сварочного тока. Неплавящиеся электроды из вольфрама относятся к дорогостоящим сварочным материалам.
Поэтому необходимо выполнять определенные условия для снижения расхода вольфрама при горении дуги. Интенсивный расход возникает в результате прямого контакта электрода с расплавленным металлом или его парами, в результате чего на рабочей поверхности вольфрамового электрода образуются более легкоплавкие сплавы.
В качестве присадочного материала применяют проволоку марки Св-АК5, Св-А97, Св-АК10 или Св-АК12. Возможно также применение полосок нарезанных из листового алюминия толщиной 4-5 мм. Присадочный материал перед применением необходимо обезжирить растворителем, а непосредственно перед сваркой зачищают шлифовальной шкуркой.
В качестве защитного газа применяют аргон чистотой не менее 99,9% (по ГОСТ 10157-73, сорта: высший, первый и второй) или смеси аргона с гелием. Аргон также является дорогостоящим расходным материалом. Основными мерами снижения расхода аргона в процессе сварки являются:
- правильная настройка защитной струи посредством ротаметра,
- ведение процесса сварки с максимально возможной производительностью;
- включение в состав оборудования электромагнитного клапана,
- управляемого подачей защитного газа непосредственно во время сварки.
Кнопка управления электромагнитным клапаном у некоторых типов горелок расположена на рукоятке.
|
Максимальный ток сварки: (при ПВ=60%) (постоянный), А (переменный), А |
315 250 |
|
|
Максимальный ток цепи управления, А |
2 |
|
|
Диаметр вольфрамового электрода, мм |
1,6…5 |
|
|
Выходной диаметр сопла, мм |
9;12;16 |
|
|
Давление газа, не более, кПа (кг/см2) |
147 (1,5) |
|
|
Давление воды, не более, кПа (кг/см2) |
196 (2) |
|
|
Расход защитного газа (аргона) л/мин |
08.дек |
|
|
Габаритные размеры, мм: длина |
240 |
|
|
Высота головки, min, мм max, мм |
70 1 |
|
TIGer-201 — компактный, легкий, экономичный инвертерный сварочный аппарат для ручной дуговой сварки штучными электродами (ММА), ручной аргонодуговой импульсной сварки (PULSE TIG) на постоянном токе изделий из алюминия, нержавеющих и углеродистых сталей и цветных металлов (DC).
|
Параметры |
TIGer 201 |
|
|
Напряжение, В |
1х220 |
|
|
Сварочный ток, А |
10-200 |
|
|
Полезная нагрузка, ПН/ПВ,% |
40 |
|
|
Диаметр электрода MMA/TIG, мм |
2-5/1-4 |
|
|
Габариты, мм |
140х330х240 |
|
|
Масса, кг |
11 |
|
Данный сварочный аппарат изготовлен по передовой технологии. Благодаря мощным компонентам MOSFET и PWM технологиям и, несмотря на компактность, данное оборудование очень эффективно в работе. Имеет два режима: TIG; MMA.
Заключение
Каким будет качество сварных соединений — это зависит напрямую от проведенной подготовки кромок деталей
Основная трудность сварки титана — это необходимость надежной защиты металла, нагреваемого выше температуры 400 0С, от воздуха, для этого дуговую сварку ведут в среде аргона и в его смесях с гелием.
При сложной конструкции деталей, когда осуществить местную защиту трудно, сварку ведут с общей защитой в камерах с контролируемой атмосферой.
Из-за высокой химической активности титановые сплавы удается сваривать дуговой сваркой в инертных газах неплавящимся и плавящимся электродом, дуговой сваркой под флюсом, электронным лучом, электрошлаковой и контактной сваркой. Расплавленный титан жидкотекуч, шов хорошо формируется при всех способах сварки
Список использованной литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/svarka-titana/
1. Дуговая сварка /для П.Т.О./.
4. В.М. Никифоров “Технология металлов и конструкционные материалы”, Ленингр.
1986г. .
3. “ Теория сварочных процессов” под редакцией В. В. Фролова.
4. “Сварка в машиностроении” т. 1 под редакцией Н. А. Ольшанского
5. Дуговая и газовая сварка /В.М. Рыбаков/; 6. А. В. Бакиев “Технология аппаратостроения”, Уфа 1995 год .
