Темно-синий вольфрамовый электрод для сварки титана
Сварка титана
Начинающим сварщикам, которые никогда не сталкивались с рассматриваемой темой, может показаться, что сварка такого необычного материала как титан, сопряжена с трудностями, которые вряд ли можно преодолеть в обычных не заводских условиях. Это ошибочная точка зрения, так как этот металл или сплав можно варить без применения особых техпроцессов и оборудования.
Какое оборудование для этого нужно?
Да, бывает, что применяется плазменная сварка или электронно –лучевая (что особенно удачно, ведь она проводится в среде вакуума) и даже трением! Но все эти перечисленные способы не являются основными и несмотря на свою эффективность на практике используются не часто. В основном, применяют всем знакомый аргон и полуавтоматы. Так что выбирая оборудование для работы с титаном обратите внимание на инверторы ТIG и MIG .
Важно знать
Успешность сварочного процесса будет зависеть от выбора полярности сварочного аппарата:
• Если это TIG необходимо установить режим прямой полярности на токе DC (постоянный)
• Для MIG настраивается обратная полярность и ток DC.
Сварочная горелка должны быть оборудована клавишей дистанционного управления, что позволяет вести процесс непрерывно, контролируя величину тока и параметры охлаждения шва защитным газом. В качестве дополнительного приспособления применяют педаль ножного типа, позволяющую управлять как параметрами процесса, так и таймером предварительного/ завершающего продува газа.
Как вы уже догадались, правильная защита сварочной ванны является важной составляющей успешного проведения процесса. Расплавленный металл должен быть надежно огражден от взаимодействия с кислородом, а газ должен непрерывно подаваться в зону шва пока ее температура не достигнет 400 градусов.
Используемые газы: Ar (аргон) и Нe (гелий).
Влияние структуры титана на сварку
Металл титан – часто встречающийся в земной поверхности. Там его больше, чем других далеко нередкоземельных элементов, таких как Сu, Pb и Zn. Он обладает малой плотностью всего 4,5 Г/см3, но при этом достаточной прочен: временное сопротивление разрыву для чистого Тi составляет 260 ..330 МПа, а при его легировании эта величина может достигать до 1200… 1300 Мпа. Плавится при подогреве до Т=1650 град. Цельсия, крайне устойчив к механизмам электрохимического разрушения. В кислороде возможно самовоспламенение. Реагирует с водородом и азотом. Проявляет активность при нагреве выше 400 градусов, поэтому сварка без защитной среды невозможна. У титана низкая теплопередача, более чем в 2 раза ниже у черной стали. Из-за этого для сварки выставляют меньшие токи, не смотря на его тугоплавкость.
Как и сталь обладает аллотропией , т.е возможностью менять свою кристаллическое строение при нагреве, соответственно способен упрочняться термически. Метаморфозы с фазами происходят при 880 оС, до этой температуры существует α- модификация, свыше β.
Добавление элементов Al, O2 и N приводит в устойчивое положение α- фазу. Легирующие добавки Сr, Mn, V стабилизируют β-фазу.
Из выше изложенного логично вытекает, что существует три типа сплава титана альфа, α+ β и бета.
К альфа-сплавам относятся ВТ1 и ВТ5-1 – они не увеличивают твердость в результате термообработки, им характерна высокая вязкость, хорошо поддаются сварке
К бета-титановым сплавам относятся ВТ-15, ВТ16, ТС6, упрочняются термически, но трудносвариваемы, может наблюдаться увеличение зерен и трещинообразование
К α+ β структуре принадлежат такие марки как ВТ3-ВТ8, ОТ4. Они хорошо варятся и термообрабатываются.
При нормальных условиях 18 -20 градусов поверхностные слои титана вступают в связь с кислородом воздуха, образуя твердый раствор, то есть состав из двух фаз, находящихся в единой кристаллической решетке. Перенасыщение кислородом поверхности не дает возможности окисляться слоям, находящимся ниже. При возрастании температуры до плавления Ti вступает в реакцию с О2 с возникновением окислов ТiO2. Они окрашены в золотисто-желтые тона или фиолетовые. По данным цветам побежалости можно оценивать несколько эффективной была аргонная защита при сварке.
При температуре свыше пятисот градусов титан так же взаимодействует с азотом с развитием нитридов. Поверхностный слой упрочняется, но пластичность падает. Это свойство применяется в ионном азотировании.
Наводораживание Тi в процессе сварки может вызвать высокую пористость и привести к образованию дефектов во времени.
К образованию трещин во время кристаллизации сварочной ванны он не склонен, зато шву и зоне возле шва присуще увеличение размеров зерна – это негативно сказывается на свойствах металла.