Интернет журныл о промышленности в Украине
Технология сварки титана и его сплавов
Опубликовано: 06.09.2018
Качественная сварка цветных металлов и сплавов требует отличных знаний их свойств для получения механически прочного соединения. Сварка титана, магния и его сплавов осуществляется с помощью сварки плавлением: дуговой, с использованием флюсов, электронно-лучевой, газовой, в защитных газах.
Аппарат для сварки титана.
Свойства титана
У титана небольшой удельный вес (4,5 г/см³), но высокая стойкость к коррозии. Обычно титан и сплавы включают углерод (0,08-0,6%), марганец (1-4%), хром (0,74-4%) и железо (0,3-2,15%). Величина относительного удлинения варьируется от 5 до 20%, сопротивление при растяжении (временное) — от 84 до 126 кгс/мм²).
Главная проблема при сварке титана — его соединение при большом нагреве с газами, в первую очередь с кислородом, а также с азотом или водородом. Когда в титане включение кислорода превышает 0,15%, он становится менее пластичным, у сварных соединений заметно снижается вязкость, и в швах могут появиться трещины. Для того чтобы улучшить свойства материала при повышенном содержании кислорода, необходимо ввести ванадий или алюминий.
Особенности сварки титана и его сплавов
Таблица характеристик титана и его сплавов.
В качестве защитных газов применяют гелий или аргон марки А. Сварку титана необходимо производить постоянным током с прямой полярностью. Подкладки и прижимы используются медные, а в качестве электродов — прутки из лантанированного вольфрама. Газ подается на обе стороны сварочного шва, кроме того, необходимо защищать газом все металлические детали, которые могут быть нагретыми при сварке до температуры выше 400°С.
Перерывы при сварке титана делать не рекомендуется. Если сварочный шов все-таки прерван, то начинать новый необходимо за 15-20 мм от конца первого. При обрыве дуги, чтобы защитить металл от воздушного контакта, горелку нужно задержать примерно на 5 секунд.
Сварку вести рекомендуется со следующими параметрами дуги: толщина от 4 до 20 мм — напряжение 10-16 V, 2 мм — 10-14 V, от 0,5 до 1 мм — 8-10 V. Присадки: проволока типа ВТ-00 или ВТ-00с. Электрод из горелки выносится на 8-15 мм. Скорость, с которой ведется сварка, рекомендуется 14-18 м/ч. Большую толщину лучше всего варить электронным лучом.
Свойства магния и его сплавов
Магний — это металл очень легкий, его температура плавления равна 651°С, плотность составляет 1,74 г/см³, а относительное удлинение — от 3 до 6%. Порошковый магний легко воспламеняется на воздухе, так как отлично окисляется кислородом. Обычно этот металл используют в виде сплавов, имеющих плотность 1,8 г/см³ и при растяжении временное сопротивление — от 21 до 34 кгс/мм². Сплавы имеют в своем составе алюминий, марганец и цинк.
При высоких температурах (выше 600°С) сплавы магния становятся более хрупкими из-за роста зерна, и чтобы уменьшить влияние нагрева, их легируют селеном, титаном или церием.
Сварка магния и сплавов
Схема ручной дуговой сварки.
Дуговая сварка магниевых сплавов производится угольными или металлическими электродами.
При использовании в процессе угольных электродов лучше всего брать флюсы, в которых содержится около 50% соединений фтора. До начала сварки флюс разводится водой и наносится на кромки с помощью кисти. Предварительно края свариваемой детали и присадочные прутки очищаются от окиси, например, выдерживаются 2-3 мин в 10%-ном растворе азотной кислоты, нагретом до 50-60°С. Затем их нужно промыть в 10%-ном растворе едкого натра и в обычной воде. Сварка выполняется постоянным током.
Присадочный пруток используется для металлического листа толщиной больше 0,8 мм, а металл 0,8 мм варят без присадки встык, кромку отбортовывают. Для того чтобы формировалась тыльная сторона шва, необходимо варить стыки с использованием стальных подкладок с продольными канавками. После окончания сваривания деталь промывается водой и на поверхность наносится защитная пленка методом оксидирования в спецрастворе: азотная кислота — 3%, бихромат калия — 2%, хлористый аммоний — 0,1%, остальное — вода, нагретая до 70-80°С.
С применением электродов из металла процесс подготовки деталей тот же. Для покрытия обычно используется смесь хлористых и фтористых солей, доля последних — от 10 до 30%. Разводить покрытие следует на воде, оно наносится слоем от 1 до 1,1 мм, если проволока имеет диаметр 4 мм. Для проволоки, имеющей диаметр 8 мм, слой покрытия составляет от 1,4 до 1,5 мм. Сваривание идет в нижнем положении и постоянным током прямой полярности.
После процесса сварки детали охлаждают медленно, промывают теплой проточной водой и тоже наносят защиту с помощью оксидирования в описанном выше специальном растворе.
Газовая сварка магния и его сплавов дает лучшие по качеству соединения, где получают наплавленный металл с временным сопротивлением от 60 до 80% этого же параметра основного металла. В процессе необходимо использовать флюсы, чтобы удалять окись магния, которая является тугоплавкой и пленкой покрывает поверхность. Флюсы наносятся на кромки и на пруток с лицевой и тыльной сторон шва, затем остатки его удаляются щеткой и промываются струей горячей воды.
В процессе сварки деталей больших размеров или литья их обычно предварительно нагревают до 300°С. В зависимости от того, какой у марки сплав, после процесса производится отжиг, температура которого от 190 до 315°С.
Самые хорошие соединения при сварке титана, магния и их сплавов дает дуговая сварка в среде аргона и гелия, а также электронным лучом.