Сварка титана аргоном технология видео

Как варить титан в среде аргона? Премудрости аргонодуговой сварки

Аргонная сварка титана требует соблюдения некоторых технических условий. Рассмотрим эти нюансы!

При сварке титановых изделий, зону соединения рекомендуется надежно защищать от атмосферного воздуха. В защите нуждаются — сварочная ванна и участки металла нагретые свыше 400 градусов.

Титан соприкасаясь с кислородом и азотом при нагреве до высоких температур становится хрупким. Поэтому для защиты зоны сварки от окисления и азотирования на горелку устанавливают специальные приспособления.

Ниже на фото показаны приспособления для защиты вспомогательного газа и подачи аргона в повышенном количестве.

Подготовка материала

Сварка аргоном титана выполняется только после подготовки сварных кромок и присадки. Для наглядности таблица разделки кромок.

Перед работой, нужно провести полировку (зачистку) поверхности изделий стальной щеткой, наждачной бумагой и обезжирить ацетоном, спиртом.

Для удаления оксидной пленки, можно приготовить смесь из 2-4% фтористоводородной кислоты и 30-40% азотной кислоты. Травление производится в течение 30 секунд, температура травления не более 60 градусов.

Сварка титана в среде защитного газа нуждается в присадочных материалах. Которые подразделяются по составу (палладий, ванадий, алюминий) и по содержанию кислорода. Таблица (ниже) с характеристиками присадок из титана и его сплава.

Присадочные прутки и проволока во время сварки в аргоне, не должны выходить за пределы защитного газа. Потому что при соприкосновении с воздухом титановые присадки загрязняются.

Технология сварки титана аргоном

Аргонодуговая сварка титана выполняется на постоянном токе прямой полярности. Электроды используются вольфрамовые. Как варить правильно?

В отдельных случаях аргонодуговая сварка титана нуждается в специальных приспособлениях, в которые поступает инертный газ вытесняя воздух. Эти принадлежности могут быть любой формы и размеров, смотрите схемы вначале статьи.

Также сварка аргоном титана возможна с использованием медных или стальных подкладок. В которых можно вырезать отверстия для подачи газа.

Для соединения труб применяют специальные фартуки с разным закруглением, зависит от диаметра трубы.

Видео: аргонная сварка титана (труб) с фартуком.

При соединении встык или внахлест, толщина металла до 3 мм можно не использовать присадочную проволоку. Просто ставится сопло по диаметру побольше и увеличивается подача аргона.

Чтобы сварка титана в домашней мастерской проходила более качественно и быстрее, посмотрите в таблице основные режимы аргонодугового соединения.

Варить титан необходимо на короткой дуге, без колебательный движений. Подача присадочного прута происходит беспрерывно. Всё познается на практике, методом проб и ошибок.

Подачу газа после гашения дуги для остывания металла рекомендуется ещё продолжать в течение минуты. Это действие предотвратит сварной шов от окисления.

Качественный шов должен получится светлым и серебристым. Если ваше творение имеет черный цвет и синеву, значит шов получил загрязнение кислородом или азотом. В таких случаях, изделие требуется переварить.

Видео: аргонная сварка титана (советы и рекомендации от профи).

Технология сварки титана — описание и пошаговая инструкция с видео

Данный металл не относится к категории редких. В земной коре его значительно больше, чем, к примеру, свинца, цинка или меди. В титане удачно сочетаются небольшая плотность и прочность сплавов на его основе, а если учесть стойкость перед коррозией даже в агрессивной среде, то интерес к нему во многих отраслях промышленности вполне понятен.

Высокая цена на Ti (22-й элемент таблицы Менделеева) объясняется тем, что его обработка – процесс довольно сложный и затратный. Эта статья познакомит читателя с технологиями сварки титана.

Общая информация

Не зная свойств и особенностей металла и его сплавов, понять все нюансы сварки достаточно сложно.

• Плотность титана (г/см³) – 4,51.
• Прочность (МПа): металла – в пределах 267 – 337, сплавов – до 1 230.
• Температура плавления (ºС): 1668.

Специфические свойства металла

• Способность титана к самовозгоранию в кислородной среде.
• Низкая теплопроводность.
• Превышение значения температуры более 400 ºС инициирует активность металла.
• Титан интенсивно поглощает водород и бурно реагирует на контакт с азотом.
• Под воздействием углекислого газа, паров воды быстро окисляется.

Кроме этого, необходимо учитывать и то, что металл может находиться в одной из двух стабильных фаз, которые обозначают латинскими буквами α и β. Чем они характеризуются?

• Фаза α – в таком состоянии титан находится при температуре окружающей среды. Структура – мелкозернистая, и металл полностью инертен к скорости охлаждения.
• Фаза β – в такое состояние титан переходит при температуре от 880 ºС. Зерно становится крупнее, и появляется чувствительность к охлаждению (скорости процесса).

Указанные фазы можно стабилизировать, введя в металл определенные добавки и легирующие элементы – O, N, Al (для α) или V, Cr, Mn (для β). Поэтому титановые сплавы, в зависимости от вида присадок, делятся на группы:

• ВТ1 – ВТ5.1 Их называют α – сплавы. Обладают пластичностью, хорошо свариваются, однако термообработка не повышает их прочность.
• ВТ 15 – 22. Группа β – сплавов свариваются намного хуже, причем возможно появление холодных трещин. Размеры зерен структуры при этом увеличиваются, а это отражается на качестве соединения сегментов в худшую сторону. Плюс в том, что термообработка частично повышает прочность сплава.
• ВТ4 – 8, ОТ4. Группа α + β, по сути, промежуточное звено. Свойства таких сплавов во многом определяются видом и процентным содержанием введенных добавок.

Основные способы сварки титана

Не все распространенные технологии применимы к этому металлу и его сплавам. Главная причина – химическая активность титана. Попадание в рабочую зону инородных соединений (нитридов, оксидов, карбидов) резко снижают качество шва.

Используемые для сварки титана методики

• Дуговым флюсом.
• Холодная.
• Электронным лучом (плазменно-дуговая).
• В среде аргона. Наиболее популярный вариант, хотя есть и некоторые другие.

Особенности сварки титана

• Высокая скорость технологической операции. Это связано с тем, что длительное термическое воздействие на отдельном участке приводит к изменению структуры материала из-за увеличения размера зерен. Как следствие – металл становится ломким (хрупким).
• Полная изоляция от атмосферы. Причем не только рабочей зоны (сварочной ванны), но и тех участков, которые разогреваются до +625 (и более) ºС.

Сварка титана (сплавов) аргоном

• Высокое качество сварного соединения.
• Работа на малых токах. Следовательно, можно сваривать детали небольшой толщины (тонкостенные), так как вероятность прожога практически исключена.
• Возможность наращивания объема детали на дефектных участках (например, в местах образования раковин).
• Получение шва с любыми параметрами, что позволяет обрабатывать (соединять) как крупногабаритные образцы, так и сравнительно мелкие.

Подготовка свариваемых образцов (кромок)

Механическая обработка и обезжиривание, при необходимости – травление кислотой. Задача – полное удаление пленки оксидов примерно на 20 мм от подлежащих соединению кромок. Специфика в том, что вся работа должна проводиться в защитных перчатках (рукавицах). Касание деталей руками недопустимо из-за возможного загрязнения сплава.

Если механической очистки недостаточно, то прибегают к газокислородной (с помощью горелки).

Что можно использовать:

• Наждачная бумага.
• Шаберы.
• Щетки металлические с проволокой из «нержавейки» сечением 0,25 (±5) мм или иные подходящие приспособления (абразивные материалы).
• Раствор фтора, кислота соляная (подогретые до 60 – 65 ºС).

Критерии оценки качества подготовки

• Отсутствие на образце заусениц, трещин, вкраплений и так далее.
• Ровный серебристый оттенок титанового сплава.

Проволока

Она выбирается в соответствии с группой сплава, подлежащего сварке (см. выше). На бирке (или упаковке) обязательно есть необходимая информация, так как вся продукция маркируется.

Горелка

Для сварки титана любая не подходит. Используются модели с соплом из керамики и специальной (газовой) линзой.

Процесс сварки

Условия

• Электрод – вольфрамовый.
• Ток – постоянный, прямой полярности.
• Подача проволоки – непрерывная.

Сварку титана вручную возможна, если получается организовать местную защиту рабочей зоны. Вспоминаем – металл довольно быстро окисляется. Предохранение от этого лицевой стороны обеспечивается газовой струей (аргон + гелий). А как быть с тыльной? Наиболее распространенный вариант – накладки из меди или стали, которые плотно прижимаются к месту стыка свариваемых кромок. Но это применимо, если обрабатываются детали простой конфигурации.

Сложные в этом плане образцы, когда шов довольно часто меняет направление, свариваются в специальных камерах, в режиме полу- или полностью автоматическом. В таком закрытом объеме можно контролировать и поддерживать на необходимом уровне газовую среду. Предварительно рабочие камеры вакууммируются, после чего заполняются аргоном. Мастер ведет сварку в специальном скафандре.

Перед началом операции проверяется качество очистки кромок. Достаточно провести по участкам будущей рабочей зоны салфеткой или тряпочкой белого цвета, чтобы понять, необходима ли еще одна, дополнительная, «финишная» подготовка металла.

Сварка ведется встык, присадка используется лишь для образцов с толщиной стенок более 1,5 мм. Сечение плавящейся проволоки, которая при этом применяется – от 1,2 до 1,8 мм. Защитная среда несколько иная – аргона меньше (порядка 20%), а гелия больше (соответственно, около 80%). Хотя эти данные – приблизительные. Этим обеспечивается снижение пористости и получение более широкого шва.

Результат работы визуально оценить несложно. Серебристый оттенок – шов хороший, желтоватый или с синевой – качество не на высоте.

Остается добавить, что при сварке титана, равно как и других металлов и сплавов, должны неукоснительно выполняться все требования по ТБ.

Автор надеется, что эта статья окажется полезной для читателя. Успехов в сварочном деле!

Как варить титан аргоном

Металл в чистом виде используется очень редко, говоря о способах сварки титана, чаще всего подразумевают работу с титановыми сплавами с включением молибдена, хрома, железа, вольфрама, ванадия. Высокая прочность металла при его необыкновенной лёгкости (легче стали на 45%) широко эксплуатируется в промышленности, из него изготовляют детали космических аппаратов, автомобилей, велосипеды, протезы, посуду. При этом обработка материала сложна и требует тщательного подхода. Плавкость материала начинается от 1470°C, потолок температур – 1825°C, зависит от состава.

Особенности титана, которые следует учитывать при его обработке:

• повышение химической активности металла при температуре свыше 400°C, склонность к самовозгоранию при взаимодействии с O2;
• небольшая теплопроводность (18 Вт/(м·град) – при комнатной температуре);
• при прямом контакте с азотом при нагревании до 600°C образует твёрдые, но хрупкие нитридные соединения;
• при 250°C усиленно растворяет водород, поглощение снижается по мере нагревания металла;
• меняет структуру при нагреве свыше 880°C, происходит увеличение «зерна».

С учётом вышеперечисленных нюансов, нужно отметить, что несоблюдение технологии сварки может привести к получению брака. Например, приваренная деталь отлетит при лёгком механическом воздействии, как будто она из керамики. Качественный сварной шов имеет показатель прочности от 0,6 до 0,8 и регламентируется ГОСТом 5817-2009.

Подготовка материалов перед сваркой

Высокая химическая активность титана при повышенных температурах вынуждает сварщиков создавать специальные условия для обработки – изоляцию от атмосферы.В заводских условиях титановые детали привариваются автоматическим или полуавтоматическим способом на специальных сварочных аппаратах. Для этого используется специальная капсула, заполненная аргоном или гелием, внутри которой проводятся все операции.

Ручным методом варить титановые сплавы можно только с использованием особой горелки с керамическим соплом. Аргон, выходящий из горелки, относится к газам инертного типа с малой химической активностью. Он вытесняет воздух и при нагревании титана до необходимых температур, не выступает с ним в реакцию.

Обратная сторона шва также защищается от взаимодействия с атмосферным воздухом путём накладки к детали медных или стальных пластин. Перфорация плотноприлегающих накладок с подачей аргона снизу повышает качество шва.

Важно! Сварка труб из титана возможна без полного погружения в защитную среду, достаточно заполнить трубу изнутри аргоном и защитить место шва.

Другие моменты, которые необходимо учесть при работе с титаном:

1. Требуется обезжиривание и тщательная зачистка поверхности от оксидной плёнки на ширину до 2 см от стыка.
2. Качество сварного шва может понизить взаимодействие с кожей рук (пот и жир), поэтому следует работать в перчатках, чтобы не оставить следов.
3. Возможно потребуется провести травление титановых деталей (высокая загрязнённость) перед сваркой в течение 10 минут при t 60-65°C в ванне следующего состава: HCl (соляная кислота) – 350 мл; H2O (дистиллированная вода) – 650 мл; NaF (натрия фторид) – 50 мл.
4. После травления детали зачищают с помощью проволочной щётки и наждачной бумаги №12, крацовки до тех пор, пока края не станут ровными, без трещин и заусениц.
5. Если используется проволока для присадки, она также зачищается.

Необходимое оборудование для аргонной сварки титана

Для сварных работ с титановыми сплавами применяют несколько способов сварки, но самый популярный – аргонно-дуговой. Он выполняется с помощью специальных установок заводского производства, либо самостоятельно модифицированных аппаратов. Минимальный комплект оборудования включает:

• горелку специальной конструкции, вольфрамовым электродом и соплом из керамики, выдерживающей температурные значения выше 2000°C, диаметр сопла зависит от толщины деталей;
• осциллятор для поджигания дуги бесконтактным способом, он позволяет держать температуру плазмы стабильной даже при использовании переменного тока, хотя для сварки титана рекомендуется постоянный ток прямой полярности, мощность разряда – от 4 до 8 кВт;
• балластный реостат для регулирования силы тока и настройки её подачи с учётом характеристики разных металлов (у профессиональных инверторных аппаратов для аргонодуговой сварки реостаты встроены);
• трансформатор или инвертор как источник напряжения для аргонной сварки, предпочтительнее инвертор, он подаёт равномерное напряжение, что обеспечивает высокое качество сварного шва. Фабричные установки могут использовать источник тока в 220 В или 380 В, предпочтительнее подсоединение к трёхфазной сети;
• сварочный пост – укомплектованное рабочее место для сварочных работ;
• присадочную проволоку из титана.

Особенности технологии

Главной особенностью аргоновой сварки металла является высокая скорость проводимых работ, иначе титан перегревается и становится хрупким. Поэтому основными требованиями являются: непрерывная подача припоя при постоянной скорости 2-2,5 мм/с электрода. При этом важен опыт и мастерство сварщика, движения которого должны быть точны, без отклонений электрода по сторонам.

Технология сварки «вперёд углом», когда движение электрода начинается снизу и идёт вверх до краёв соединяемых деталей по толщине. После окончания сварки аргон подаётся на поверхность шва вплоть до его остывания до 400°C, 1-2 минуты по времени.

Примерный расход аргона на сварочный шов 5-8 л в минуту, на продувание с обратной стороны – 2 л в минуту.

Как варить титан в аргоновой среде

Титан применяется во многих областях промышленности, в судостроении, в медицине для изготовления протезов. Причина использования — высокая прочность при небольшой массе, активное сопротивление процессам коррозии. Металл не относится к числу редких элементов. Его добывается больше, чем цинка, свинца или меди. Цена высокая по причине затратной обработки заготовок. Для соединения деталей используется сварка титана аргоном.

Свойства металла и его сплавов

При температуре плавления 1668°С сплав способен самовоспламеняться в среде кислорода при 400°С. Титан активно поглощает водород, реагирует на азот. При добавлении в него разных элементов таблицы Менделеева получаются сплавы, обладающие другими свойствами.

Общая технология сварки аргоном

При сварке деталей из титановых сплавов нужно помнить, что к ним применимы не все технологии, распространенные на производстве. Причиной является особая активность металла. При попадании в зону обработки оксидов, нитридов или карбидов качество сварного шва снижается. Другая причина — высокая температура. При 880°С свойства сплавов резко меняются. Они приобретают чувствительность к скорости охлаждения и крупнозернистость.

На качестве сварки сказываются:

• низкая теплопроводность;
• способность к самовозгоранию;
• окисление при воздействии углекислоты;
• образование нитридных соединений;
• поглощение водорода.

Хорошее соединение можно получить только при аргонодуговой сварке титана. Процесс работы представляет много сложностей. Критичная для металла температура — выше 400-500°С. Шов может не выдержать ударов. При проведении работ с соблюдением всех требований технологии сварки титана и его сплавов в среде аргона прочность шва равняется 0,6-0,8.

Методы сварки в аргоновой среде

На практике применяются различные способы соединения титановых сплавов в аргонной среде.

Наиболее часто встречающиеся:

• точечный;
• контактный;
• конденсаторный стыковой;
• шовный роликовый;
• с использованием флюса.

Перечисленные виды контактной сварки ведутся в быстром темпе. При длительном воздействии высоких температур изделие становится хрупким. В качестве флюса применяют состав АН-Т2 или АН-11, АНТ-1, АНТ-3, АНТ-7. Перед соединением деталей их подвергают обезжириванию и механической обработке. С целью удаления оксидной пленки иногда применяется подогретая кислота. Все подготовительные работы проводятся в защитных перчатках.

Для работы требуются специальные электроды. При сварке полуавтоматом используется маркированная присадочная проволока. Перед использованием она зачищается шкуркой и обезжиривается. Для соединения деталей из титана нужна керамическая горелка с газовой линзой.

• вольфрамовый электрод;
• ток прямой полярности, постоянный;
• непрерывная подача электродной проволоки.

Хорошо можно сварить сплавы ВТ1-ВТ5, хуже соединяются ВТ15-ВТ22. Остальные виды считаются промежуточными. Все операции выполняются аппаратами с правильной настройкой. Необходимо включить постоянное напряжение прямой полярности 80-130 В. При этих параметрах работа выполняется током 45-220 А. Горелка передвигается со скоростью 18-22 м/ч.

Точечный

Этот метод используется при соединении деталей или листов, толщина которых может достигать 4 мм. Рабочие параметры: