Фартук для сварки титана

Фартук для сварки титана

Аргонная сварка титана требует соблюдения некоторых технических условий. Рассмотрим эти нюансы!

При сварке титановых изделий, зону соединения рекомендуется надежно защищать от атмосферного воздуха. В защите нуждаются — сварочная ванна и участки металла нагретые свыше 400 градусов.

Титан соприкасаясь с кислородом и азотом при нагреве до высоких температур становится хрупким. Поэтому для защиты зоны сварки от окисления и азотирования на горелку устанавливают специальные приспособления.

Ниже на фото показаны приспособления для защиты вспомогательного газа и подачи аргона в повышенном количестве.

Подготовка материала

Сварка аргоном титана выполняется только после подготовки сварных кромок и присадки. Для наглядности таблица разделки кромок.

Перед работой, нужно провести полировку (зачистку) поверхности изделий стальной щеткой, наждачной бумагой и обезжирить ацетоном, спиртом.

Для удаления оксидной пленки, можно приготовить смесь из 2-4% фтористоводородной кислоты и 30-40% азотной кислоты. Травление производится в течение 30 секунд, температура травления не более 60 градусов.

Сварка титана в среде защитного газа нуждается в присадочных материалах. Которые подразделяются по составу (палладий, ванадий, алюминий) и по содержанию кислорода. Таблица (ниже) с характеристиками присадок из титана и его сплава.

Присадочные прутки и проволока во время сварки в аргоне, не должны выходить за пределы защитного газа. Потому что при соприкосновении с воздухом титановые присадки загрязняются.

Технология сварки титана аргоном

Аргонодуговая сварка титана выполняется на постоянном токе прямой полярности. Электроды используются вольфрамовые. Как варить правильно?

В отдельных случаях аргонодуговая сварка титана нуждается в специальных приспособлениях, в которые поступает инертный газ вытесняя воздух. Эти принадлежности могут быть любой формы и размеров, смотрите схемы вначале статьи.

Также сварка аргоном титана возможна с использованием медных или стальных подкладок. В которых можно вырезать отверстия для подачи газа.

Для соединения труб применяют специальные фартуки с разным закруглением, зависит от диаметра трубы.

Видео: аргонная сварка титана (труб) с фартуком.

При соединении встык или внахлест, толщина металла до 3 мм можно не использовать присадочную проволоку. Просто ставится сопло по диаметру побольше и увеличивается подача аргона.

Чтобы сварка титана в домашней мастерской проходила более качественно и быстрее, посмотрите в таблице основные режимы аргонодугового соединения.

Варить титан необходимо на короткой дуге, без колебательный движений. Подача присадочного прута происходит беспрерывно. Всё познается на практике, методом проб и ошибок.

Подачу газа после гашения дуги для остывания металла рекомендуется ещё продолжать в течение минуты. Это действие предотвратит сварной шов от окисления.

Качественный шов должен получится светлым и серебристым. Если ваше творение имеет черный цвет и синеву, значит шов получил загрязнение кислородом или азотом. В таких случаях, изделие требуется переварить.

Видео: аргонная сварка титана (советы и рекомендации от профи).

Титан – это нержавеющий металл, сплавы которого активно применяются в различных отраслях промышленности. При воздействии температур до 500°C металл сохраняет прочность, а температура плавления его сплавов находится в диапазоне 1470-1825°C градусов. Этот металл обладает высокой коррозионной устойчивостью к воздействию воды и агрессивных сред.

В промышленности в основном используются различные сплавы титана с марганцем, хромом и молибденом. Для придания пластичных свойств в титан добавляется алюминий, хром, цирконий и другие элементы.

Плотность титановых сплавов в среднем составляет 4500 кг/м3, что на 40% меньше плотности стали. Таким образом, применение этого металла позволяет облегчить ответственные конструкции.

Существуют две фазы состояния кристаллической решетки титана:

  1. Фаза α – при температуре окружающей среды. Структура металла в этой фазе мелкозернистая, не изменяющаяся при плавном перепаде температур. Сплавы такой фазы (группы ВТ-1 — ВТ5.1) обладают пластичностью, хорошо свариваются, но не поддаются термообработке.
  2. Фаза β –металл при температуре выше 880°C. Увеличивается размер зерен, появляются поры, повышается чувствительность к скорости охлаждения. У сплавов, выполненных на основе этой фазы (группы ВТ15 — ВТ22), ухудшенные показатели свариваемости и пластичности, но их можно подвергать термообработке для повышения прочности.

Существуют также промежуточные сплавы ВТ-4 – ВТ8, которые изготавливаются для конкретных технологических потребностей.

Стандарт ГОСТ Р ИСО 5817-2009 регламентирует требования к выбору определенной технологии соединения металлов, контроль качества и допустимый уровень отклонений от заданных параметров.

Предварительная подготовка металла

Титан легко вступает в химические реакции газами, содержащимися в воздухе (H2, O2, N2), а образующиеся соединения ухудшают его характеристики. Когда титан нагревается свыше 400°C, происходит образование оксидно-нитридной пленке на его поверхности. Для предотвращения появления этой пленки должна быть обеспечена защита от воздуха всей поверхности в зоне сварочных работ, которая подвергается нагреву до этой температуры.

Читайте также:  Задачи на средний возраст

Перед началом сварки поверхность кромок обрабатывается с целью устранения масло-жировых отложений:

  • В условиях мастерской очистка производится ацетоном или техническим спиртом.
  • При промышленной сварке проводится травление металла водным раствором соляной кислоты, в который добавлен фторид натрия. Процедура выполняется в не более 10 минут при температуре около 60°C.
  • Кромки и примыкающая к сварному шву поверхность очищаются при помощи металлической щетки, наждачной бумаги, шиберов или зачистных кругов на УШМ.

В таблице ниже представлены варианты обработки кромок соединяемых деталей.

Технологии

Сплавы титана могут соединяться несколькими способами, выбор которых зависит от назначения свариваемого соединения, сложности и стоимости работы. Оптимальная скорость сварки равна 12-15 см в минуту, поскольку при данной скорости шов имеет наилучшую прочность.

Для защиты внутренней части шва применяются накладки с пазами для подачи отверстиями для выхода защитного газа, которые выполняются из меди или стали. При сварке титановых труб требуется закачать газ внутри трубопровода.

Дуговая сварка в среде инертных газов

Для вытеснения воздуха из области сварного соединения применяется аргон или аргоно-гелиевая смесь. Газ поступает на сварочный шов через насадки, установленные на горелке, которые концентрируют направление газового потока и уменьшают площадь нагрева поверхности.

Для сварочных работ применяются герметичные камеры, в которые закачивается газ. Камеры могут быть разного размера, от небольших накладок, примыкающих непосредственно к месту сварки, до помещений объемом 300-350 м3, в которых свариваются большие конструкции (детали ракет и космических кораблей, глубоководных аппаратов). Из таких герметичных ангаров откачивают воздух, их заполняют аргоном, а сварщики работают в скафандрах.

Для соединения труб используются специальные фартуки, загнутые по диаметру трубы. Такие приспособления прижимаются к трубе, обеспечивая герметичность во время работы.

Для сварочных работ применяется плавящийся либо неплавящийся электрод, изготовленный из вольфрама. Для упрочнения шва применяются различные присадки в виде прутков из титановой проволоки. При использовании присадок требуется, чтобы они не выступали за край газового защитного облака, поскольку это приводит к окислению шва.

Ручная дуговая

Ручной вид сварки применяется в мелкосерийном производстве, в условиях мастерских, для выполнения работ высокой сложности.

Газовое облако образуется за счет горения флюсов — порошков, которыми посыпается сварной шов. Флюс позволяет предотвратить увеличение зернистости металла.

Сварка титановых сплавов выполняется с помощью бескислородных флюсов на основе фтора. Выбор марки присадки зависит от толщины металла:

  • АН-11 – при толщине до 2 мм;
  • АНТ-1,3 – для толщины от 2 до 8 мм;
  • АНТ-7 – для более толстого металла.

Для качественной сварки требуется выполнить ряд требований:

  • Длина дуги должна быть минимальна.
  • Сила тока дуги зависит от толщины металла: до 2 мм – требуется ток силой 90А, 3-4м – 130А, 6-10мм – от 150 до 200А.
  • Электрический ток должен быть постоянным, обратной полярности.
  • Напряжение при сварке титана любой толщины равно 10-15 В.
  • Требуется избегать колебаний присадки и электродов.
  • Электрод наклоняется в сторону, обратную направлению шва.
  • Подача присадки и газа в шов осуществляется непрерывно, при этом газ должен подаваться в течении 1-2 минут после прекращения сварки. Это позволяет обеспечить процесс равномерного охлаждения.

Для сварки на ручном аппарате применяются вольфрамовые электроды диаметром 2-5 мм, которые могут быть как плавящимися, так и неплавящимися. Для полуавтоматов применяется сварочная титановая проволока диаметром 1,2-2 мм.

Данный вид сварки имеет свои особенности, влияющие на технологический процесс. Такой способ проводится быстрее, чем сварка в защитной среде, но это приводит к снижению прочности сварного шва. Поэтому, чтобы снизить тепловые потери, при данном способе допускается не выполнять механическую зачистку и фрезерование кромок соединения.

Цвет шва позволяет определить его качество: качественный шов обладает желтым оттенком, а шов, подвергшийся окислению – серо-черного цвета с синими оттенками.

Титан с помощью аргонодуговой сварки может соединяться со сталью. В этом случае применяются соединительные вставки из тантала или бронзы, либо из бронзы и ниобия. При нагреве такие вставки обеспечивают пластичность шву за счет проникновения в структуру обоих металлов. Температурный режим и материалы подбираются таким образом, чтобы избежать образования хрупких соединений FeTi и Fe2Ti.

Электрошлаковая

Суть данного метода, применяющегося для металла толщиной от 10 до 600 мм, заключается в нагреве зоны плавления за счет передачи тепла от нагретой шлаковой ванны. Через ванну с расплавом проходит электрический ток, затем электрод погружается в шлаковую ванну, горение дуги прекращается и тепло передается в сварной шов.

Читайте также:  Стальная рама 3d принтера

Сварка проводится обычно снизу вверх, в вертикально установленных деталях. Для охлаждения области сварки устанавливаются медные ползуны, охлаждаемые водой. Шлак (флюс) выполняет функцию защиты зоны сварки от окисления и воздействия водорода.

Сила тока при таком способе сварки составляет 1500-1600А, а диаметр пластинчатого электрода начинается от 8 мм и выше. Прочностные качества шва составляют 85-90% от показателей цельного металла.

Электронно-лучевая

Соединение таким способом проводится в вакуумных камерах с применением непрерывного либо импульсного электронного луча. Давление в камере снижается до 1-10 Па, благодаря чему металл защищен от воздействия газов, содержащихся в воздухе. При этом методе выполняется глубокое проплавление шва, что очень важно для приборов, использующихся в космических технологиях и в другом высокотехнологичном оборудовании.

Холодная

Это разновидность диффузионной сварки, которая проводится под высоким давлением. При сдавливании двух деталей в кристаллических решетках возникает так называемая «металлическая связь», в результате чего структуры металлов деформируются и образуют общий сплав. Технологически, такое соединение получается менее прочным, чем обычное сварное, поэтому оно может применяться только в конструкциях, где отсутствуют высокие физические нагрузки.

С экономической точки зрения, такой способ сварки более экономичен в долгосрочной перспективе, потому что не требует расходов на инертные газы, электроды и флюсы. Но при этом требуется приобретение дорогостоящего прессового оборудования, цена которого может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч рублей.

При проектировании конструкций, в которых применяется сварка титана, принимается во внимание такой фактор, как прочность шва, которая снижена на 20-40% по сравнению с прочностью самого металла. В некоторых сплавах требуется проведение термического отжига, который снимает внутреннее напряжение металла.

Сварочные работы с титаном являются дорогостоящим процессом, так как помимо стоимости самого обработанного металла (около 1600 руб./кг), требуются значительные расходы на дорогой инертный газ, затраты на электричество, флюсы и электроды. Например, цена сварочной проволоки составляет 3500-4000 р/кг. Высоко ценится труд опытного сварщика, умеющего варить этот металл.

Данный металл не относится к категории редких. В земной коре его значительно больше, чем, к примеру, свинца, цинка или меди. В титане удачно сочетаются небольшая плотность и прочность сплавов на его основе, а если учесть стойкость перед коррозией даже в агрессивной среде, то интерес к нему во многих отраслях промышленности вполне понятен.

Высокая цена на Ti (22-й элемент таблицы Менделеева) объясняется тем, что его обработка – процесс довольно сложный и затратный. Эта статья познакомит читателя с технологиями сварки титана.

Общая информация

Не зная свойств и особенностей металла и его сплавов, понять все нюансы сварки достаточно сложно.

    Плотность титана (г/см³) – 4,51. Прочность (МПа): металла – в пределах 267 – 337, сплавов – до 1 230. Температура плавления (ºС): 1668.

Специфические свойства металла

    Способность титана к самовозгоранию в кислородной среде. Низкая теплопроводность. Превышение значения температуры более 400 ºС инициирует активность металла. Титан интенсивно поглощает водород и бурно реагирует на контакт с азотом. Под воздействием углекислого газа, паров воды быстро окисляется.

Кроме этого, необходимо учитывать и то, что металл может находиться в одной из двух стабильных фаз, которые обозначают латинскими буквами α и β. Чем они характеризуются?

    Фаза α – в таком состоянии титан находится при температуре окружающей среды. Структура – мелкозернистая, и металл полностью инертен к скорости охлаждения. Фаза β – в такое состояние титан переходит при температуре от 880 ºС. Зерно становится крупнее, и появляется чувствительность к охлаждению (скорости процесса).

Указанные фазы можно стабилизировать, введя в металл определенные добавки и легирующие элементы – O, N, Al (для α) или V, Cr, Mn (для β). Поэтому титановые сплавы, в зависимости от вида присадок, делятся на группы:

    ВТ1 – ВТ5.1 Их называют α – сплавы. Обладают пластичностью, хорошо свариваются, однако термообработка не повышает их прочность. ВТ 15 – 22. Группа β – сплавов свариваются намного хуже, причем возможно появление холодных трещин. Размеры зерен структуры при этом увеличиваются, а это отражается на качестве соединения сегментов в худшую сторону. Плюс в том, что термообработка частично повышает прочность сплава. ВТ4 – 8, ОТ4. Группа α + β, по сути, промежуточное звено. Свойства таких сплавов во многом определяются видом и процентным содержанием введенных добавок.
Читайте также:  Телевизор sanyo c14 14r схема

Основные способы сварки титана

Не все распространенные технологии применимы к этому металлу и его сплавам. Главная причина – химическая активность титана. Попадание в рабочую зону инородных соединений (нитридов, оксидов, карбидов) резко снижают качество шва.

Используемые для сварки титана методики

    Дуговым флюсом. Холодная. Электронным лучом (плазменно-дуговая). В среде аргона. Наиболее популярный вариант, хотя есть и некоторые другие.

Особенности сварки титана

    Высокая скорость технологической операции. Это связано с тем, что длительное термическое воздействие на отдельном участке приводит к изменению структуры материала из-за увеличения размера зерен. Как следствие – металл становится ломким (хрупким). Полная изоляция от атмосферы. Причем не только рабочей зоны (сварочной ванны), но и тех участков, которые разогреваются до +625 (и более) ºС.

Сварка титана (сплавов) аргоном

    Высокое качество сварного соединения. Работа на малых токах. Следовательно, можно сваривать детали небольшой толщины (тонкостенные), так как вероятность прожога практически исключена. Возможность наращивания объема детали на дефектных участках (например, в местах образования раковин). Получение шва с любыми параметрами, что позволяет обрабатывать (соединять) как крупногабаритные образцы, так и сравнительно мелкие.

Подготовка свариваемых образцов (кромок)

Механическая обработка и обезжиривание, при необходимости – травление кислотой. Задача – полное удаление пленки оксидов примерно на 20 мм от подлежащих соединению кромок. Специфика в том, что вся работа должна проводиться в защитных перчатках (рукавицах). Касание деталей руками недопустимо из-за возможного загрязнения сплава.

Если механической очистки недостаточно, то прибегают к газокислородной (с помощью горелки).

Что можно использовать:

    Наждачная бумага. Шаберы. Щетки металлические с проволокой из «нержавейки» сечением 0,25 (±5) мм или иные подходящие приспособления (абразивные материалы). Раствор фтора, кислота соляная (подогретые до 60 – 65 ºС).

Критерии оценки качества подготовки

    Отсутствие на образце заусениц, трещин, вкраплений и так далее. Ровный серебристый оттенок титанового сплава.

Проволока

Она выбирается в соответствии с группой сплава, подлежащего сварке (см. выше). На бирке (или упаковке) обязательно есть необходимая информация, так как вся продукция маркируется.

Горелка

Для сварки титана любая не подходит. Используются модели с соплом из керамики и специальной (газовой) линзой.

Процесс сварки

Условия

    Электрод – вольфрамовый. Ток – постоянный, прямой полярности. Подача проволоки – непрерывная.

Сварку титана вручную возможна, если получается организовать местную защиту рабочей зоны. Вспоминаем – металл довольно быстро окисляется. Предохранение от этого лицевой стороны обеспечивается газовой струей (аргон + гелий). А как быть с тыльной? Наиболее распространенный вариант – накладки из меди или стали, которые плотно прижимаются к месту стыка свариваемых кромок. Но это применимо, если обрабатываются детали простой конфигурации.

Сложные в этом плане образцы, когда шов довольно часто меняет направление, свариваются в специальных камерах, в режиме полу- или полностью автоматическом. В таком закрытом объеме можно контролировать и поддерживать на необходимом уровне газовую среду. Предварительно рабочие камеры вакууммируются, после чего заполняются аргоном. Мастер ведет сварку в специальном скафандре.

Перед началом операции проверяется качество очистки кромок. Достаточно провести по участкам будущей рабочей зоны салфеткой или тряпочкой белого цвета, чтобы понять, необходима ли еще одна, дополнительная, «финишная» подготовка металла.

Сварка ведется встык, присадка используется лишь для образцов с толщиной стенок более 1,5 мм. Сечение плавящейся проволоки, которая при этом применяется – от 1,2 до 1,8 мм. Защитная среда несколько иная – аргона меньше (порядка 20%), а гелия больше (соответственно, около 80%). Хотя эти данные – приблизительные. Этим обеспечивается снижение пористости и получение более широкого шва.

Результат работы визуально оценить несложно. Серебристый оттенок – шов хороший, желтоватый или с синевой – качество не на высоте.

Остается добавить, что при сварке титана, равно как и других металлов и сплавов, должны неукоснительно выполняться все требования по ТБ.

Автор надеется, что эта статья окажется полезной для читателя. Успехов в сварочном деле!

Ссылка на основную публикацию
Файловая система для операционной системы windows
Вы знаете, что Windows Phone использует NTFS? Почему большинство карт памяти и почти все USB-накопители по-прежнему используют старый-добрый FAT? Почему...
Унитаз санита аттика отзывы
Перед тем как покупать Sanita Аттика хочется прочитать о нём отзывы владельцев, тех людей, кто уже купил и пользуется товаром...
Упал iphone полосы на экране
Узнайте, что делать. Если экран слишком чувствителен или не всегда реагирует на касания Перезапустите устройство. Убедитесь, что экран устройства чист,...
Файлы в карантине что с ними делать
содержит все нейтрализованные вредоносные программы в корзине в течение определенного периода времени до того момента, как применит к ним соответствующие...
Adblock detector