Глава 5 ТИТАН И ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ.

Назад: 5.2 Основные проблемы свариваемости.

5.3 Технологические особенности сварки

Указанное отрицательное влияние кислорода, азота и водорода требует при всех способах сварки плавлением эффективной защиты от взаимодействия с газами атмосферы не только сварочной ванны, но и металла околошовной зоны, нагреваемой выше Т = 350 ⁰С. При выборе способа и вида сварки необходимо учитывать типоразмер соединений, требования к эксплуатационным свойствам изделия, программу выпуска и ряд других условий. Основными способами сварки титановых сплавов являются дуговая сварка в среде инертных газов плавящимся и неплавящимся электродом, сварка под слоем флюса, электрошлаковая, электроннолучевая и плазменная.

Особенностью подготовки кромок основного металла под сварку является тщательная очистка их поверхности на ширине 15-20 мм от стыка с целью удаления поверхностного слоя, насыщенного газами (альфированный слой). Очистка производится металлическими щетками или шаберами с последующим обезжириванием спиртом или ацетоном. Заготовки, подвергнутые перед сваркой горячей обработке (вальцовка, штамповка) или термической обработке в печах проходят дробеструйную обработку с последующим разрыхлением и удалением оксидно-нитридной пленки, химическим травлением с последующим осветлением и промывкой. Составы травителей и режимы обработки подробно представлены в работах. [8,7,22]

Сварочную проволоку перед сваркой обезжиривают, протравливают и, как правило, подвергают вакуумному отжигу с целью удаления водорода (содержание H₂ по массе не должно превышать 0,002-0,004 %), а непосредственно перед сваркой вновь обезжиривают.

В качестве защитного газа используется аргон 1-го сорта (ГОСТ 10157-73), либо гелий высокой чистоты. Защита зоны сварки производится как с лицевой, так и с обратной стороны шва (поддув). При этом сопла горелок снабжаются специальными удлинительными насадками длиной до 500 мм, а формирующие проплав подкладки имеют отверстия (каналы) для поддува защитного газа к корню шва. Типовые конструкции насадок и подкладок представлены в литературе. [8,5]

При толщине металла S < 4,0 мм разделка кромок, как правило, не производится и сварку осуществляют за один проход, а при больших толщинах используют V-, X- или U-образную разделку кромок и многопроходную сварку.

Ручная и механизированная сварка вольфрамовым электродом осуществляется на постоянном токе прямой полярности. Диаметр вольфрамового электрода выбирается в зависимости от величины тока. Наиболее широко распространены вольфрамовые электроды марок ЭВИ и ЭВЛ.

Во избежание перегрева околошовных участков величину токов ограничивают (не более 300 А). Сварку ведут короткой дугой без поперечных колебательных движений. Для повышения глубины проплавления часто используют галогенидные флюсы-пасты типа АН-ТА, АНТ-23А, ФАН-1, наносимые на кромки тонким слоем. Флюсы-пасты построены на основе CaF с различными добавками и кроме указанного предотвращают пористость, формируют более узкие швы и способствуют модифицированию металла шва. После окончания сварки защитный газ подается до тех пор, пока металл не остынет примерно до 350 ⁰С. Для малых толщин (S = 0,5-2,0 мм) широко применяется импульсно-дуговая сварка W-электродом. За счет регулирования тока, скорости сварки и длительности импульсов и пауз можно в широких пределах изменять размеры и форму швов. Импульсно-дуговая сварка существенно снижает пористость швов, улучшает их структуру, сужает ЗТВ и снижает деформации сварных конструкций на 15-30 %. С целью увеличения проплавляющей способности дуги разработан ряд разновидностей сварки W-электродом: погруженной дугой, по флюсу, с присадочной порошковой проволокой, с магнитным перемешиванием ванны, в щелевую разделку и др. Особенности этих способов сварки изложены в литературе. [8,7,5,11]

Ориентировочные режимы ручной и механизированной сварки приведены в табл.5.4, а более подробные сведения о них можно получить в работах. [8,7,5]

Таблица 5.4 – Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки титановых сплавов W-электродом

S, мм	Iсв, А	Uд, В	dW, мм	dпр, мм	Рг, л/мин	Vсв, м/ч	Vпр, м/ч
Ручная сварка
2,0	70-90	10-14	2-3	1,2-1,5	5-8 2	-	-
3,0	120-130	10-15	2-3	1,5-2,0	5-8 2	-	-
Механизированная сварка
2,0	120-160	8-10	2,5-3,0	-	8-10 3-4	20-25	-
5,0	200-240	13-15	4-5	2,5	12-15 4-6	13-15	60-80

Примечание: В знаменателе указан расход газа на поддув.

Сварка плавящимся электродом применяется для соединений толщиной более 4 мм и осуществляется на постоянном токе обратной полярности с использованием проволок диаметром 2-5 мм.

В качестве электродных материалов используют прутки или проволоку диаметром 0,8-7,0 мм. Для термически неупрочняемых - и псевдо--сплавов используются сварочные проволоки марок ВТ1-00, ОТ4, ОТ4-1, ВТ2, а для +-сплавов-СПТ-2. Для упрочняемых сплавов применяются более легированные проволоки марок ВТ6, ВТ20-1св, ВТ20-2, ВТ16, СПР-2.

Размеры и форма шва существенно зависят от тепловой мощности дуги и от инертного газа: в гелии швы более широкие с плавным переходом к основному металлу, а в аргоне они узкие и глубокие. Оптимальные размеры и форма шва достигаются при использовании смесей (80 % Не + 20 % Аr). Процесс сварки ведется на токах, обеспечивающих струйный перенос электродного металла. Для толщин S 25 мм применяется однопроходная сварка, а для больших – многопроходная с разделкой кромок. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом позволяет выполнять соединения в монтажных условиях в различных пространственных положениях.

Примерные режимы сварки приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5 – Ориентировочные режимы сварки плавящимся электродом стыковых соединений в аргоне

S, мм	dэл, мм	Iсв, А	Uд, В	Vсв м/ч	Рг, л/мин
3-8	1,6	350-450	22-28	25-40	20-30
10-12	1,6-2,0	440-520	30-34	20-35	33-45
15	3	600-650	30-32	25-30	35-50

Сварка под флюсом применяется для элементов толщиной 3-40 мм с использованием постоянного тока обратной полярности и безкислородных галогенных флюсов серии АН-Т системы CoF₂-BaCl₂-NaF. Перед сваркой флюс обязательно прокаливается при Т = 300-400 ⁰С. Сварку выполняют на медной формирующей подкладке или на флюсовой подушке, или на остающихся подкладках. Для S 10-12 мм применяют однопроходную сварку без разделки кромок, а при S = 12-25 мм – двухстороннюю с разделкой кромок. При больших толщинах рекомендуется использовать Х- и U-образную разделку кромок. Швы отличаются отсутствием пор, удовлетворительной пластичностью и практически равнопрочны основному металлу. Применение комбинированной флюсогазовой защиты улучшает пластичность и вязкость металла швов. Ориентировочные режимы сварки под флюсом приведены в табл. 5.6.

Таблица 5.6 – Режимы автоматической сварки под флюсом стыковых соединений титановых сплавов

S, мм	dэл, мм	Iсв, А	Uд, В	Vпод, м/ч	Vсв, м/ч	Марка флюса	Примечания
6,0	3,0	390-420	30-32	170-175	50	АН-Т1, АН-Т3	на медной подкладке
10,0	4,0	600-620	32-34	110-115	45	АН-Т1, АН-Т3	на медной подкладке

Электрошлаковая сварка применяется для заготовок (поковок) и деталей толщиной свыше 40 мм. Сварку производят пластинчатыми или проволочными электродами под тугоплавкими фторидными флюсами типа АН-Т2, АН-Т4, АН-Т6 с дополнительной защитой аргоном. Сварка осуществляется на переменном токе с минимальной погонной энергией, необходимой для обеспечения проплавления и устойчивости процесса. Ориентировочные режимы сварки приведены в табл. 5.7. Недостаток сварки - крупнозернистая шва структура, снижающая пластичность соединения.

Таблица 5.7 – Режимы ЭШС титановых сплавов проволочными электродами

S, мм	dэл, мм	Iсв, А	Uд, В	Vсв, м/ч	Число электродов	V, м/ч
40-60	5	700-830	26-28	1.2-1.7	1	30
60-80			28-30	0.9-1.2
80-100			30-32	0.7-0.9
100-120			30-32	0.6-0.7	2

При всех видах сварки плавлением улучшение свойств (в основном пластичности) сварных соединений достигается послесварочной термической обработкой. Как правило, она производится для легированных сплавов мартенситного и переходного классов (ВТ6, ВТ14, ВТ22 и др.) Основными видами термообработки для сварных соединений являются отжиг или закалка с последующим старением.

Сварные соединения из технического титана, - и псевдо--сплавов титана подвергаются отжигу для снятия сварочных напряжений и для обеспечения возможности правки деформированных конструкций. Для +-сплавов чаще применяют рекристаллизационный отжиг. Старение сварных соединений из +- и -сплавов улучшает прочностные характеристики. [22]

Подробную информацию об электронно-лучевой, плазменной, вакуумно-дуговой и других видах сварки можно получить в литературе. [8,22]

Следует особо подчеркнуть необходимость обеспечения высокой культуры производства при реализации технологии создания сварных конструкций из титановых сплавов (чистота помещения, постоянство температуры и влажности, применение спецодежды и т.д.).

Далее: Глава 6 СВАРКА РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ.