Как подготовить и сваривать титан и титановые сплавы

Перед сваркой титана и титановых сплавов удаляют оксиды, масло, влагу и другие загрязнения из зоны соединения. Затем защищают весь металл, температура которого ещё достаточно высока для окисления. Здесь рассматриваются сварка неплавящимся вольфрамовым электродом (TIG) и плавящимся электродом (MIG) в защитном газе; схему газовой защиты выбирают с учётом соединения и толщины детали.

Подготовка титана и титановых сплавов к сварке

Перед сваркой титана или титанового сплава необходимо тщательно очистить область соединения и прилегающие к ней участки от масла, грязи, ржавчины и окалины, а поверхности должны быть сухими.

1. Удалите окисную корку. Оксидную окалину можно удалить с помощью металлической щетки из нержавеющей стали или напильника, методом пароструйной или дробеструйной очистки, а также шлифованием с использованием круга из карбида кремния. Тот же кислотный травление следует проводить сразу после удаления окалины, чтобы гарантировать отсутствие оксидов и жира на поверхности.
2. Обезжирьте поверхность. При наличии накипи её следует удалить перед обезжириванием; если накипи нет, достаточно одного лишь обезжиривания. Для очистки поверхностей, загрязнённых маслом, можно использовать подходящие растворители. Один из широко используемых чистящих растворов содержит 3% фтористоводородной кислоты и 35% азотной кислоты по объёму. Заготовку погружают при комнатной температуре примерно на 10 минут, промывают для удаления остатков раствора и сушат. Заготовку, подверженную коррозии под напряжением, после травления следует промывать водой без содержания хлоридов, а не водопроводной водой. Резиновые перчатки могут оставлять на заготовке пластификатор, что впоследствии может привести к пористости сварного шва. Края свежеотрезанных листов также требуют такой травления, поскольку металлические обломки и мелкие трещины, образовавшиеся при резке, могут способствовать появлению пористости при сварке.

Очищенные детали следует сразу же сваривать. Если необходимо их хранить, поместите детали в контейнер с осушителем или в помещение с контролируемой влажностью. В противном случае перед сваркой следует повторно провести легкую травление.

Выбор метода сварки

Титан легко окисляется в зонах сварки при температуре выше 400 °C. Поэтому все участки, температура которых превышает указанное значение, требуют защиты инертным газом во время сварки. Ацетилено-кислородная сварка, сварка в среде защитных газов, сварка под флюсом и электрошлаковая сварка не подходят для титана и титановых сплавов.

Сварка неплавящимся вольфрамовым электродом (TIG)

Сварка вольфрамовой электродом в среде газа (GTAW или TIG) может выполняться вручную или в автоматическом режиме. В зависимости от условий сварки её можно разделить на сварку в открытом пространстве и сварку в камере.

1. Открытая сварка. В традиционной схеме используются сопло горелки большого диаметра, защитный экран и устройство подачи защитного газа. Защитный экран и устройство подачи защитного газа обеспечивают защиту сварного металла при температуре выше 400 °C с помощью аргона или смеси аргона и азота, предотвращая его окисление.
2. Камерная сварка. Сложные сварные конструкции бывает сложно эффективно защитить при температурах выше 400 °C, поэтому их сварку можно проводить внутри жесткой или гибкой камеры.
   1. Жесткая камера. Перед сваркой камеру необходимо вакуумировать до давления 1,3–13 Па, а затем заполнить аргоном или аргоно-гелиевой смесью. Горелка может быть относительно простой конструкции, без вытяжного экрана, и во время сварки не требуется дополнительный поток защитного газа.
   2. Гибкая камера. Воздух можно удалить либо путем вакуумирования камеры перед сваркой, либо путем многократного складывания и продувки аргоном. Поскольку чистота защитного газа в гибкой камере ниже, по-прежнему используется обычная горелка, и защита газом должна обеспечиваться на протяжении всего процесса сварки.

Сварка плавящимся электродом в защитном газе (MIG)

Газовая дуговая сварка с защитной газом (GMAW или MIG) обычно применяется для изделий средней и большой толщины. Перенос по короткому замыканию подходит для тонкостенных заготовок, тогда как перенос распылением — для профилей средней и большой толщины.

По сравнению с GTAW, GMAW характеризуется более высоким притоком тепла. Поскольку наплавляется больше присадочной проволоки, обычно требуется больший угол прорези. Для заготовок толщиной 15–25 мм обычно используется одно-V-образная прорезь под углом 90° или I-образная прорезь с зазором 1–2 мм и одним проходом сварки с каждой стороны. МГСЗ позволяет уменьшить количество слоёв, снизить пористость и сократить производственные затраты. По-прежнему требуется защитный экран, установленный сзади горелки. Поскольку участок сварного шва с температурой выше 400 °C длиннее, чем при сварке GTAW, защитный экран также должен быть длиннее и иметь водяное охлаждение. Основным недостатком является более интенсивное образование брызг при сварке.