Интернет журнал о промышленности и технологиях

Сварка легкого и прочного, но проблемотичного в обработке титана

Опубликовано: 06.09.2018

Титан –  проблематичный материал для сварочного процесса, но обладающий отличными конструктивными характеристиками. Именно поэтому сваривание этого легкого и прочного металла — весьма важная проблема и будет рассмотрена далее в этой статье.

О титане

Прочность, твердость, небольшой вес, стойкость к коррозии – все это о нем. Благодаря своим качествам этот материал применяется во многих областях: химическая промышленность (аппаратура), военная промышленность (как компонент брони), ракетостроение, авиация и т.д.

Для легкости и прочности, велосипедные рамы варят из титана

Процесс изготовления конструкций из данного металла так или иначе подразумевает обработку изделий сваркой. И тут промышленность сталкивается с некоторыми проблемами. Этот материал невозможно сваривать обычными методами.

Практически любой институт сварки задействован в разработке и совершенствовании специальных методов сварки титана и титановых сплавов. При этом методы могут быть довольно необычными, например, холодная сварка. Наиболее распространенные из этих методов будут рассмотрены в данной статье.

Сварка титана

Скрепление титановых элементов методом сварки применяется практически везде и является обычным процессом для большинства производителей. Однако сваривание этого металла осложнено тем, что:

Имеет очень низкую плотность и теплопроводность и достаточно высокую температуру плавления. Активный химический элемент, обычная сварка титана и титановых сплавов неприемлема, так как полученное соединение будет иметь очень низкое  качество из-за полученных в процессе сварки загрязнений (карбиды, нитриды и т.д.). Он сам и большинство его разновидностей сплавов имеет свои особенности кристаллической решетки, и при сваривании их необходимо учитывать  обязательно.

Технологические особенности

Исходя из вышеизложенного, становится ясно, что для получения качественного соединения необходимо обеспечить постоянную изоляцию сварного шва от веществ, которые способны загрязнить и испортить весь процесс. Компоненты воздуха – кислород, азот и водород способны реагировать с титаном, в результате продукт загрязняется и его качества ухудшаются.

Сварку необходимо вести как можно быстрее, так как при нагреве увеличиваются размеры зерна кристаллической решетки. Это ведет к повышению хрупкости данного металла.

Способы сварки

Мы рассмотрим основные способы сваривания этого материала, выявим их особенности, основные приемы и правила. И остановимся на каждом методе поподробнее.

Дуговая  в инертной среде

Как говорилось выше, компоненты воздуха реагируют с изделием и загрязняют его. Эта проблема решается так: сварка титана ведется в инертной атмосфере — например, в боксе, заполненным инертным газом.  Этот металл не реагирует с газом и не теряет своих качеств, а оператор наблюдает за процессом сварки через специальное окно. Работы большого масштабапроводятся так: весь процесс помещают в специальную камеру с газом, а сварщики работают в скафандрах.

Процесс сборки титановых изделий, под куполом

Другой способ подразумевает непрерывную подачу газа прямо в область соединения – горелка оснащена специальным соплом, через которое подается инертный газ. Также применяются специальные насадки («сапожки»), которые обеспечивают непрерывную защиту этого материала либо его сплавов без необходимости изоляции процесса от внешнего воздуха. Обратная сторона шва также защищается посредством специальных подкладок, через которые подается инертный газ. Как инертный газ применяют аргон, гелий и их смеси.

В качестве электродов применяются вольфрамовые стержни, либо стержни из других материалов – если процесс подразумевает присадку на сварную поверхность каких-либо других веществ.

Дуговая  под флюсом

Этот способ является относительно новым. Суть метода заключается в том, что материал изолируется от внешней среды специальными флюсами. Как правило, флюс имеет форму пасты, например, флюсы серии АНТ-А (АНТ-5, АНТ-1, АНТ-7, АНТ-3). Метод сварки под флюсом позволяет получать лучшую кристаллическую решетку шва, чем при сварке в инертной атмосфере. При этом остальные показатели качества работы остаются прежними.

Электронно-лучевая

Электронно-лучевая сварка титана и его сплавов дает возможность наилучшим образом обеспечить защиту металла от нежелательных газов. Повышается скорость и понижается энергоемкость всего процесса, при этом характеристики кристаллической решетки находятся на высоком уровне.

Электрошлаковая

Эта технология сварки титана несколько отличается от остальных. При этом методе для соединения титана или его сплавов применяют пластинчатые электроды из такого же материала, из которого изготовлены свариваемые детали. Для улучшения процесса применяют фторидные флюсы серии АНТ: АНТ6, АНТ4, АНТ2. Для дополнительной изоляции шлаковая ванна защищается аргоном. Для того, чтобы лучше понять процесс электрошлаковой сварки титана и титановых сплавов, вы можете просмотреть видео по этой теме.

Холодная

Холодное сваривание подразумевает то, что титан или его сплавы свариваются за счет деформирования сдавливанием. Кристаллические решетки деталей сдвигаются, образуя одну общую кристаллическую решетку. Холодный метод обработки этого материала позволяет получать достаточно надежное соединение, не прибегая к сложным технологиям.

Не стоит путать этот метод с составами «холодная сварка». Они являются смесями на основе эпоксидных смол и с технологией сварки деформацией не имеют ничего общего. Холодное сваривание этого материала и его различных сплавов — именно процесс, описанный выше.

Заключение

Таким образом, мы ознакомились с наиболее распространенными методами сварки титана и титановых сплавов, выявили их основные принципы и особенности, узнали, почему этот металл требует особых методов сварки. Для того, чтобы более полно понять, как происходит сваривание титана и титановых сплавов, вы можете просмотреть тематическое видео – такие видео достаточно распространены в Интернете.

rss