Титан: сварка титана (технология). Сварка аргоном титана
В авиации, судостроении, машиностроении и в некоторых других отраслях промышленности для изготовления сложных и ответственных узлов используют такие дорогостоящие материалы, как титан. Он хорош не только своим небольшим весом, но и тем, что данный металл не подвергается коррозионным процессам. Давайте более подробно рассмотрим, что же такое титан. Сварка титана – это довольно интересная тема для разговора, об этом и пойдет речь.
Немного общих сведений
Просто так взять и использовать кусок титана получается редко. Зачастую его предварительно обрабатывают. Стоит понимать, что обычно он подвергается сварке. Но так как данный металл относится к труднообрабатываемым, то специалисты столкнулись с проблемой разрушения материала при температуре от 400 градусов по Цельсию под воздействием водяного пара, кислорода, а также азота. Сам по себе процесс является достаточно сложным, так как необходимо соблюдать большое количество технологических правил, да и не любой вид сварки подходит для обработки данного металла. В любом случае, сегодня научились обрабатывать титан. Сварка титана осуществляется несколькими методами:
- электронным лучом;
- дуговым флюсом;
- аргоном.
В настоящее время популярностью пользуются все методы, но наибольшее распространение получила аргонная сварка по нескольким причинам, о которых мы поговорим немного позже.
Титан и его сплавы
Данный металл в природе достаточно распространен. Многие говорят о том, что его мало, но это смотря с чем сравнивать. В любом случае, количество титана в земной коре больше, нежели меди или свинца. Это весьма прочный металл. В чистом виде его прочность достигает 337 МПа, а в сплаве порядка 1 250 МПа. Температура плавления титана – 1668 градусов по Цельсию.
При нормальных температурах он устойчив к коррозии и работает в агрессивных средах. Тем не менее при достижении температуры 400 градусов по Цельсию его эксплуатационные свойства резко падают. Он вступает в бурную реакцию с азотом, начинает окисляться кислородом и водяным паром, что сильно ограничивает сферу его применения. Примечательно то, что материал совершенно не склонен к образованию горячих трещин во время сварки, однако его зерно становится крупнее, что ухудшает технические характеристики металла и качество шва. В принципе, мы немного разобрались с тем, что такое титан. Сварка титана – вот, что еще интересно. Давайте об этом и поговорим.
Технологические особенности сварки
В настоящее время нельзя говорить о том, что титан является редкостью в том или ином изделии. С ним работает достаточно много производителей из самых различных отраслей. Но необходимо понимать, что титан – активный химический элемент. Это говорит о том, что использование обычной сварки недопустимо. Обусловлено это тем, что в процессе попадают загрязнения в виде карбидов и нитридов, которые понижают эксплуатационные свойства материала.
Поэтому основное условие при сварке – полная изоляция от окружающей среды. К таковым относится: кислород, азот, водород и другие. Кроме того, сварочные работы должны производиться на относительно больших скоростях. При длительном нагревании зерна в кристаллической решетке расширяются, что значительно повышает хрупкость. В любом случае, сварка титана, технология которой более подробно будет рассмотрена ниже – сложный и ответственный процесс. Ну а сейчас пойдем дальше.
Сварка аргоном титана
Аргонный вид сварки данного металла наиболее популярен среди специалистов во всем мире. Обусловлено это тем, что тут не используются флюсы и электроды, следовательно, выполняются более тонкие и сложные сварочные работы. Кроме того, аргонный метод получения сварных соединений относится к высококачественным видам сварки. При соблюдении технологии получается шов высокого качества.
Нельзя не сказать и об универсальности аргонной сварки. Она заключается в том, что тут есть возможность обработки как крупногабаритных конструкций, так и деталей небольшого размера. Шов при этом получается одинаково качественный. Кроме того, сварка аргоном титана хороша еще и тем, что можно работать на малом токе, а это позволяет сваривать материал толщиной от 0,5 мм. Аргон позволяет восстанавливать детали, утратившие свои первоначальные объемы.
Сварка титана и его сплавов: технология
Работы должны выполняться квалифицированным специалистом при наличии соответствующего оборудования. Кроме того, данный процесс многоэтапный. Все стадии должны идти в строго установленной последовательности и выполняться согласно нормам.
Первый этап – подготовительный. На этой стадии необходимо зачистить поверхность металла. При этом крайне важно удалить оксидную пленку. Кромки обычно обрабатывают методом газокислородной резки. Деталь или заготовка обрабатывается фтором и кислотой (соляной). При этом должна поддерживаться постоянная температура 60 градусов по Цельсию. Тут крайне важно обеспечить защиту обрабатываемого металла от реакции с атмосферным воздухом как с наружной, так и с тыльной стороны. Для этого подойдут медные или стальные прокладки, которые нужно прикладывать к шву. Помимо прокладок допустимо использование защитных козырьков и специальных насадок.
В процессе сварки
Процесс протекает на постоянном токе. В горелку устанавливается специальный вольфрамовый электрод. Когда металл вступает в контакт с электрической дугой, образуется сварочная ванна. Температура в ней нередко достигает 6 тысяч градусов по Цельсию.
Под давлением сварочной дуги расплавленный титан несколько оттесняется. Получается так, что горелка горит в углублении. Это можно считать преимуществом, так как значительно улучшается проплавляющая способность. Кроме того, постоянно нагнетается аргон, который обеспечивает надежную защиту от воздействия кислорода, азота и других вредных примесей.
Еще кое-что
Примерно так и обрабатывается титан. Холодная сварка подразумевает использование присадочной проволоки только в том случае, если толщина металла превышает 1,5 мм. Если же толщина достигает 10-15 мм, то сварка выполняется погруженной дугой в один проход. Если работы были выполнены с соблюдением технологии, то шов не потребуется обрабатывать от шлаков. Он будет ровный и качественный. Такие соединения отличаются высокой герметичностью и долговечностью.
Дуговая сварка под флюсом появилась относительно недавно. Метод основан на изоляции материала от внешней среды специальными флюсами. Флюс представляет собой некую пасту. Чаще всего используют АНТ-А различных модификаций. Особенность способа заключается в том, что удалось добиться лучшей структуры кристаллической решетки, нежели при сварке в инертной среде. Поэтому предпочтительно именно так обрабатывать титан. Сварка титана таким методом не ухудшает эксплуатационные характеристики детали.
Электронно-лучевая сварка имеет большое количество недостатков. Но есть один существенный плюс, который заключается в полной защите металла от внешней среды. Это позволяет получить очень качественную кристаллическую решетку. При этом процесс протекает при большой скорости, что значительно снижает энергоемкость выполняемых работ. Есть еще и электрошлаковая сварка, которая на сегодняшний день не получила должного распространения. Ее особенность заключается в том, что в процессе используются электроды такого же материала, как и свариваемая поверхность.
Теперь вы имеете общее представление о том, что такое сварка. Титан, инверторная сварка для которого широко используется, обладает уникальными техническими характеристиками. Именно поэтому его используют там, где не подходит сталь или другие металлы. Но высокая стоимость оборудования для выполнения сварочных работ, энергоемкость процесса, а также многие другие отрицательные факторы не способствуют развитию использования данного металла. Тем не менее некоторые компании постоянно стараются сделать как можно больше для того, чтобы было проще и легче получить качественный шов. К примеру, лидером по продажам присадок является фирма «Эльф филлинг» - «Титан». Холодная сварка с помощью данной компании становится не такой сложной и длительной. Конечно, новичок все равно не справится с такой задачей, а вот специалисту будет куда проще выполнить свою работу. В принципе, это все, что можно рассказать о сварке такого металла, как титан.