Полуавтоматическая сварка титана и его сплавов

Механизированная дуговая сварка плавящимся электродом (MIG) титана и его сплавов выполняется стандартным оборудованием с дополнительной комплектацией устройствами для газовой защиты зоны сварки.

Марка металла Свариваемость Технологические особенности сварки
ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1 Хорошая Тщательная зачистка кромок деталей.
Выбор режимов с минимальной погонной энергией. Электродная проволока ВТ1-00св, ВТ2, ВТ2В, ВТ20-1св, ВТ20-2св
ОТ4, ВТ5, ВТ5-1 Удовлетворительная
ВТ6, ВТ3-1, ВТ9, ВТ14, ВТ16, ВТ20 Ограниченная Сварка на мягких режимах с высокой скоростью охлаждения. Электродная проволока ВТ15, СПТ-2, СП-15
ВТ22 Сварка с последующей термообработкой. Электродная проволока ВТ6св, ВТ20-1св, ВТ20-2св, СПТ-2
ПТ-7М, ПТ-3В, ПТ-1M Хорошая Режимы с высокой скоростью охлаждения. Электродная проволока ВТ1-00св, СПТ-2, СП-15

Трудности полуавтоматической сварке титана

  • Титан и его сплавы обладают высокой химической активностью, что обусловливает необходимость предохранения от окисления даже участков околошовной зоны при нагревании до 250-300 градусов.
  • Поскольку в околошовной зоне часто наращивается зерно, необходимо выбирать подходящий токовый режим.
  • Газовые примеси (в первую очередь, водорода), растворенные в основном и присадочных металлах, вызывают образование пор и холодных трещин.
  • Из-за низкой вязкости расплавленного металл велик риск образования прожогов.

Подготовка к полуавтоматической сварке

Раскрой на заготовки и подготовка кромок чаще всего проводятся механическими способами. Если изделия являются толстостенными, можно провести разделительную резку и подготовку кромок газотермическими методами, но затем надо обязательно обработать кромки механически на глубину как минимум 3-5 мм.
Для зачистки кромок на ширину 15-20 мм используются металлические щетки, шаберы и прочие приспособления. Обязательным является последующее обезжиривание кромок.
Если перед сваркой проводилась вальцовка, ковка, штамповка или другие виды термообработки, необходимо очистить поверхности гидропескоструйным или дробеструйным аппаратом (подробнее см. Очистка поверхности металла перед сваркой).

После этого они подвергаются химической обработке:

  • рыхлению оксидной пленки;
  • травлению;
  • осветлению.
Режимы химической обработки титана и его сплавов
Раствор Длительность обработки, мин
Назначение Состав (на 1 литр воды)
Рыхление оксидной пленки Нитрит натрия 150-200г; Углекислый натрий 500-700 г 120
Травление Плавиковая кислота 220-300 мл; Азотная кислота 480-550 ил 60-1200
Осветление Азотная кислота 600-750 мл; Плавиковая кислота 85-100 мл 3-10

После того, как свариваемая поверхность химически обработана, свариваемые кромки на 20 мм промываются бензином и протираются ацетиленом или этиловым спиртом. Сварочная пленка на предварительном этапе подвергается вакуумному отжигу, а затем – обезжириванию
Сварка проводится в специальных приспособлениях, либо на прихватках, выполненных ручной аргонодуговой сваркой W-электродом. Когда свариваемые поверхности уже готовы к работе, к ним нельзя прикасаться незащищенными руками.

Выбор режимов полуавтоматической сварки титана

При полуавтоматической сварке титана используется постоянный ток обратной полярности. При выборе режимов учитывается толщина металла, склонность сплава к росту зерна и подверженность термическому циклу. Чтобы максимально уменьшить рост зерна, стоит выбирать режимы с повышенными скоростями и незначительной погонной энергией.
Поскольку титан имеет высокое электрическое сопротивление, сварка проводится с небольшими вылетами электрода. Однако при работе с использованием невысоких токовых режимов есть риск непровара корня шва. Чтобы избежать этого, корень стоит выполнить ручной аргонодуговой сваркой W-электродом, а остальную разделку – сваркой плавящимся электродом. Основное положение – нижнее.
Если используется сварка с глубоким проплавлением на повышенных токовых режимах, необходимо использовать гелиево-аргоновую газовую смесь (80% + 20%). Для увеличения пластичности, прочности и устойчивости к образованию трещин сварочные швы требуют дополнительной термической обработки, выбрав режим в зависимости от состава сплава.

Техника полуавтоматической сварки титана

При механизированной сварке титана плавящимся электродом в инертных газах особые сложности связаны с обеспечением надежной защиты зоны нагрева. Поэтому, если применяется этот метод сварки, работа проводится в специальных камерах, где контролируется атмосфера.
Сварка в монтажных условиях проводится импульсно-дуговым способом, что обеспечивает более высокую производительность, чем альтернативный вариант – ручная сварка неплавящимся электродом при одновременном снижении погонной энергии в 2-2,5 раза.
В некоторых случаях используется вакуумная сварка титана и его сплавов, главным преимуществом которой является чистота металла шва, в котором не образуются примеси из неметаллических элементов и газов.
Режим сварки и ее техники необходимо выбрать так, чтобы обеспечить устойчивое горение дуги с минимумом разбрызгиваний. Для этого необходим струйный перенос электродного металла. Важно выбрать оптимальное соотношение сварочного тока, скорости подачи электродной проволоки, дугового напряжения и вылета электрода.

Газовая защита

Одним из важнейших условий получения качественного соединения при сварке титановых сплавов является обеспечение надежной газовой защиты: сварного шва; участков основного металла, которые нагреты до 250-300 градусов.
Можно выбрать один из трех вариантов газовой защиты:

  • струйная – с задействованием специальных приспособлений;
  • местная – в герметичных камерах малого объема;
  • общая – в камерах с контролируемой атмосферой (УБС-1, ВКС-1, ВУАС-1).
Камера для сварки титана

Рис. 1 Защитная камера для сварки титана

Дополнительные защитные устройства изготавливаются из нержавеющей стали. Необходимо, чтобы были предусмотрены газовые линзы и рассекатели. К газовой горелке прикрепляется специальная насадка для защиты кристаллизующейся сварочной ванны. Ее ширина должна быть 40-50 мм, а длина – 60-120 мм в зависимости от режима сварки. При сварке кольцевых поворотных и неповоротных стыков, а также трубчатых конструкций используются местные или малогабаритные камеры.

Приспособления для защиты зоны сварки

Рис. 2. Вспомогательное оборудование для защиты зоны сварки

Качество защиты можно определить по внешнему виду металла шва. Если его поверхность является серебристой или светло-желтой, защиту можно считать достаточной. Сварной шов желто-голубого цвета свидетельствует о нарушениях защиты, хотя в некоторых случаях такие швы вполне допустимы. О некачественном шве свидетельствует синевато-серый и темно-синий цвет.