 |
Реклама. ООО ГК "Велунд Сталь Сибирь" ИНН 5405075282 Erid: 2SDnjf1Guop
| |
При выборе способа сварки титана и его сплавов исходят из того, насколько надежно обеспечивается защита зоны сварки и остывающего соединения от взаимодействия с атмосферой. Надежность защиты и исключение перегрева околошовных участков затруднены вследствие низкой теплопроводности и объемной теплоемкости титана. Поэтому для соединения титановых сплавов предпочтительны методы сварки, при которых обеспечивается минимальное время пребывания металла в области высоких температур и достигается максимальная скорость охлаждения. Однако при сварке высокопрочных сплавов титана с целью устранения охрупчивания околошовной зоны целесообразно применять режимы сварки, позволяющие получать замедленное охлаждение.
Наряду с учетом физико-химических свойств и металлургических характеристик сплавов на основе титана при выборе способов их сварки исходят также из технологических особенностей соединения деталей малых, средних и больших толщин.
Для титана и его сплавов находят применение следующие способы сварки плавлением: дуговая сварка в защитном газе, в основном аргонодуговая сварка неплавящимся электродом (АРДСНп) без присадочного металла и с присадочным металлом и аргонодуговая сварка плавящимся электродом (АДСПл), сварка под флюсом, электрошлаковая сварка (ЭШС), электронно-лучевая сварка (ЭЛС), плазменная сварка.
Весьма эффективна для соединения титановых сплавов, особенно с другими металлами, сварка в твердом состоянии - диффузионная и взрывом. Широкое распространение получили также контактные способы сварки титана и его сплавов.
 Наиболее распространенным способом сварки плавлением титановых сплавов является сварка в защитном газе неплавящимся электродом. При таком способе сварки качество соединений определяется в основном надежностью защиты и чистотой защитного газа. Свойства сварного соединения практически не зависят от вида применяемого защитного газа (аргона или гелия). Расход защитного газа при сварке титана больше, чем при сварке других металлов (например, коррозионностойкой стали). Это объясняется тем, что при сварке титана требуется дополнительная защита остывающих участков соединения, а также обратной стороны (корня) шва. Для этого используют специальные насадки, которые крепятся к горелке (рис. 15). Обратную сторону шва защищают с помощью подкладок.
Сварку неплавящимся (в основном иттрированным или лантанированным вольфрамом) электродом выполняют на постоянном токе прямой полярности. Источники питания дуги и аппаратура мало отличаются от используемых при сварке других металлов.
При сварке титана малых толщин (менее 1,5-2 мм) находит применение импульсно-дуговая сварка неплавящимся электродом, обеспечивающая стабильность качества соединений. Так, при импульсе продолжительностью 0,2-0,3 с и паузе 0,1-0,2 с удается выполнять сварку как бы точками с перекрытием. При этом заметно уменьшается перегрев металла, понижаются сварочные деформации, а в ряде случаев повышается пластичность швов. При импульсно-дуговой сварке титана неплавящимся электродом без присадочного металла деформации по сравнению с обычной аргоно-дуговой сваркой понижаются в зависимости от толщины металла: для толщины 0,5 мм - на 30%; 1,0 мм - на 25% и 2 мм - на 15%.
Способ сварки неплавящимся электродом погруженной дугой, разработанный для титана А. П. Горячевым, позволяет за один проход сваривать металл средних толщин (до 10 мм). При таком способе сварки используют повышенные значения силы сварочного тока с принудительным погружением дуги ниже поверхности свариваемых кромок. К основным недостаткам этого способа сварки относится чрезмерная ширина шва, большие размеры околошовной зоны и сложность изменения химического состава шва.
Для соединения титановых сплавов толщиной до 10-12 мм без разделки кромок целесообразно применение сварки со сквозным проплавлением.
В последнее время разработан и получил промышленное применение новый способ аргонодуговой сварки в защитном газе неплавящимся электродом с применением бескислородных флюсов-паст типа АНТ-А (аргонодуговая сварка по флюсу). Флюс, предварительно нанесенный на кромки, при аргонодуговой сварке вызывает резкое увеличение глубины проплавления и уменьшение ширины швов. Металлургические процессы, протекающие при сварке между расплавленным металлом и флюсом, устраняют пористость шва. Проведенные исследования позволили выяснить причины столь значительного влияния относительно малого количества флюса на проплавление, а также определить основные принципы построения флюсов.
Экспериментальное изучение характера изменения формы дуги и элементов режима сварки при переходе дуги определенной мощности на слой флюса показало, что сужение столба дуги сопровождается уменьшением диаметра анодного пятна и, как следствие, ширины шва, падением анодного напряжения и соответствующим уменьшением силы сварочного тока. Анодное падение напряжения и сосредоточенность теплового потока дуги приводят к увеличению глубины проплавления. Установлено также, что эти явления зависят от физико-химических свойств флюсов и, особенно, от активности реакций взаимодействия расплавленного флюса с твердым титаном при высоких температурах.
Расчеты изобарных потенциалов реакций (ΔG0) взаимодействия титана с однокомпонентными бескислородными флюсами (рис. 16) и экспериментальная проверка влияния этих флюсов на параметры швов в одинаковых условиях сварки (рис. 17) однозначно подтверждают существование зависимости между ΔG0 соответствующих реакций и параметрами швов. Аргонодуговая сварка с этими флюсами позволяет получать однопроходные швы на металле указанных толщин без разделки кромок.
При этом значительно уменьшается сила тока (рис. 18) и погонная энергия при сварке (рис. 19). Флюс не только способствует увеличению глубины проплавления, но и изменяет форму провара (рис. 20).
Это улучшает условия формирования обратного валика и уменьшает возможность прожогов при сварке на весу. Принимая во внимание эти особенности аргонодуговой сварки по флюсу и учитывая необходимость активного взаимодействия флюса с газами, растворенными в сварочной ванне с целью устранения пористости, разработаны флюсы различного технологического назначения. Для сварки тонколистового металла (толщиной 1-3 мм) применяют флюс АНТ-23А, что позволяет получать стыковые, тавровые и нахлесточные соединения титановых сплавов, отличающиеся отсутствием пор в швах, и уменьшение деформации элементов. Флюс АНТ-17А наиболее эффективен при сварке титана толщиной 4-6 мм. Для обеспечения оптимального сочетания механических свойств сварных швов в-сплавов титана толщиной до 4-5 мм был разработан флюс АНТ-19А с теми же технологическими характеристиками. В его состав с целью уменьшения содержания примесей внедрения в металле шва введены высокоактивные соединения.
Толщина и равномерность слоя флюса оказывают влияние на стабильность процесса сварки, но нанести слой флюса заданных параметров достаточно сложно.
Поэтому сплавы толщиной 5-6 мм целесообразно сваривать аргонодуговым способом неплавящимся электродом с присадочной порошковой титановой проволокой ППТ-1 и ППТ-2. Таким путем можно сварить за один проход без разделки кромок металл толщиной 5-16 мм, обеспечивая полное проплавление металла, формирование усиления шва, а также легирование швов через порошковую проволоку.
Таким образом, аргонодуговая сварка по флюсу и порошковой проволокой позволяет регулировать термический цикл сварки и состав шва, сокращает протяженность зоны термического влияния, устраняет пористость швов. Благодаря этим особенностям сварки неплавящимся электродом с одновременной активизацией металлургических процессов в сварочной ванне создаются благоприятные условия для формирования качественных сварных соединений высокопрочных титановых сплавов без разделки кромок. Сварка с флюсом присадочной порошковой проволокой осуществляется на обычном стандартном оборудовании, применяемом для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом.
Процесс аргонодуговой сварки плавящимся электродом несомненно имеет два основных преимущества по сравнению с другими видами, применяющимися для сварки высокопрочных сплавов титана: большая производительность при сварке с разделкой кромок и высокое качество сварных швов (отсутствие пор, несплавлений и др.).
Отсутствие пор при сварке плавящимся электродом объясняется спецификой процесса. В процессе сварки плавящимся электродом присадочный металл в виде капель переносится в сварной шов. В дуговом промежутке присадочный металл нагревается до высоких температур, при этом происходит его обезвоживание, что приводит к снижению концентрации водорода в сварочной ванне и сокращению случаев появления пор в сварных швах, выполненных плавящимся электродом.
При изучении влияния режимов сварки на устойчивость горения дуги при различных диаметрах электродной проволоки d и вылетах электрода l установлено, что качество сварки плавящимся электродом в значительной степени зависит от характера переноса электродного металла, который определяется полярностью и плотностью тока. Сварка на прямой полярности обеспечивает конструктивно плавный переход от сварного шва к основному металлу, высокий коэффициент формы шва и небольшую глубину проплавления.
Использование прямой полярности при сварке титана плавящимся электродом уменьшает разбрызгивание электродного металла. Аналогичная картина наблюдается и при сварке на обратной полярности при низкой плотности тока, увеличение плотности тока приводит к измельчению капель и увеличению частоты отделения капель от электрода. При определенной плотности тока перенос электродного металла приобретает струйный характер. Эта форма переноса характеризуется устойчивым горением дуги, резким уменьшением разбрызгивания электродного металла, повышением эффективности проплавления и качества сварного шва.
При мелкокапельном струйном переносе металла на конце электрода образуется характерный конус, вершина которого втягивается в дугу, причем диаметр образующихся капель меньше диаметра электрода, а дуга охватывает его боковую поверхность. Переход к струйному переносу при сварке титановых сплавов на обратной полярности с использованием электродной проволоки диаметром 1,5 мм наблюдается при плотности тока 180 А/мм2, ди.аметром 2,0 мм - при 160 А/мм2, диаметром 2,5 мм - при 130 А/мм2, диаметром 3,0 мм - при 100 А/мм2.
Параметры сварки плавящимся электродом, обеспечивающие устойчивое горение дуги и хорошее формирование сварного шва, определяли на сплаве ВТ14 (рис. 21).
Увеличение вылета электрода для поддержания устойчивости процесса требует повышения скорости подачи проволоки. Для изучения эффективности применения сварки плавящимся электродом получены зависимости глубины проплавления от мощности дуги (рис. 22) при диаметре электродной проволоки 3 мм и вылете 24 мм. Установлено, что однопроходная сварка целесообразна при толщине титановых сплавов не более 25 мм, для больших толщин рекомендуется применять многопроходную сварку.
При однопроходной сварке плавящимся электродом на оптимальных режимах шов отличается низким коэффициентом формы шва. Столбчатые кристаллы при строго ориентированном направлении теплоотвода растут до соприкосновения в центре шва без зоны равноосных кристаллов (рис. 23), что понижает пластичность металла сварного шва.
 Расчет мгновенных скоростей охлаждения при различных температурах в интервале фазовых превращений при сварке высокопрочных титановых сплавов показал, что ωохл = 3-15оС/с для толщин 25-10 мм соответственно. Эти результаты подтверждаются экспериментальными кривыми охлаждения и совпадают с интервалом оптимальных скоростей охлаждения для сплавов ВТ6С, ВТ6, ВТ14.
Присадочные материалы (состав электродной проволоки) следует выбирать в зависимости от марки свариваемого сплава, толщины металла и технологии сварки.
В качестве источников питания при сварке титановых сплавов плавящимся электродом рекомендуется применять генераторы и выпрямители с жесткой характеристикой.
В последнее время все более широко применяется сварка плавящимся электродом металла большой толщины по узкому зазору. Такой метод сварки опробован и для соединения высокопрочных сплавов титана большой толщины со швами большой протяженности.
Для титана и его сплавов толщиной более 2,5-3 мм применяют способ сварки титановой электродной проволокой под фторидохлоридными флюсами сухой грануляции серии АНТ. Для сварки титана толщиной 2-8 мм используют флюсы АНТ-1 и АНТ-3; для сварки металла больших толщин - флюс АНТ-7. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности электродной проволокой диаметром 2-5 мм стандартной аппаратурой (например, трактором ТС-17М, АДС-1000 и др.). Так как электросопротивление титана больше, чем стали, то сварку выполняют при малых вылетах электрода.
Под флюсом сваривают стыковые, угловые и нахлесточные швы. Сварку стыковых швов листового титана выполняют на медной прокладке, на флюсовой подушке, а также на остающихся подкладках того же состава, что и основной металл. Последний способ наиболее удобен для металла небольшой толщины (2-3 мм). Для режимов автоматической сварки под флюсом титана и его сплавов характерны повышенные скорости сварки до 50-60 м/ч. Благодаря этому и производительность при сварке под флюсом выше, чем при аргонодуговой сварке.
 Титан толщиной более 30- 40 мм целесообразно сваривать электрошлаковым способом (рис. 24). Одной из главных особенностей такого способа сварки применительно к титану является использование тугоплавких бескислородных флюсов типа АНТ-2, АНТ-4 и др. Такие флюсы на фторидной основе имеют высокую температуру кипения (около 2500°С), что важно для устойчивости электрошлакового процесса. При этом необходима дополнительная газовая защита, осуществляемая поддувом чистого аргона над поверхностью шлаковой ванной.
Поковки из титановых сплавов при длине швов до 250 мм сваривают пластинчатым электродом, а швы большей протяженности - плавящимся мундштуком или проволочными электродами.
Разработано специализированное оборудование для ЭШС титановых сплавов. Для сварки пластинчатым электродом применяют аппарат А-550 с питанием от трансформатора ТШС-3000-1, для сварки плавящимся мудштуком - аппараты А-977, А-1494 и др. с питанием от трансформатора ТШС-3000-3 и др., а для сварки проволочным электродом может быть использована установка А-1170 с трансформатором ТШС-1000-3.
Барботирование аргоном металлической ванны при ЭШС титановых сплавов позволяет достичь равномерного оплавления свариваемых кромок при минимальном проплавлении основного металла, получить более мелкозернистую структуру металла шва. Для расширения областей применения ЭШС титановых сплавов существенное значение имеют создание активных флюсов (АНТ-4 и др.) и возможность дополнительного наложения на зону шва в процессе сварки мощных магнитных полей.
Широкое применение в производстве изделий из титановых сплавов нашел способ электронно-лучевой сварки. Высокая концентрация энергии делает возможной сварку с необычным для дуговых методов соотношением между шириной шва и глубиной проплавления (например, 1:3 и 1:20), а также получения узких околошовных зон. ЭЛС осуществляется в вакууме, исключая загрязнение шва вредными примесями - газами: азотом, кислородом, а также водородом, благодаря чему обеспечивается высокая пластичность и вязкость соединений.
Нашли применение не только малогабаритные установки, но также и вакуумные камеры больших размеров (длиной и диаметром в несколько метров) с титановыми насосами для безмасляной откачки, а также камеры с локальным вакуумом.
Электронно-лучевая сварка позволила получать соединения нового типа. Расширилась область использования сварных соединений с прорезными швами и электрозаклепками, стала возможной сварка в узких щелях и др.
Созданная апаратура позволяет выполнять однопроходными швами соединения металла толщиной 40-50 мм и более.
Плазменная сварка имеет технологические преимущества по сравнению с аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом, главным из которых является повышенная скорость сварки, особенно для металла малых толщин. В последние годы изучены особенности плазменной сварки титана и ряда сплавов на его основе.
Качество точечной и шовной контактной сварки тонколистовых титановых сплавов во многом определяется подготовкой поверхности металла под сварку. Перед сваркой удаляют окисную пленку в специальных реактивах. Точечную и шовную контактную сварку выполняют на стандартных машинах при минимальных силе сварочного тока и времени сварки без защиты зоны сварки аргоном. Для точечной контактной сварки титановых сплавов толщиной 1,5-2 мм рекомендуется применять электроды диаметром 16 мм со сферической рабочей поверхностью (радиус 75 мм) и диаметром 8 мм с плоской поверхностью.
Стыковую сварку оплавлением титановых сплавов выполняют в среде аргона на машинах типа МСГА-900, МГСА-500 и др. Режимы стыковой сварки титановых сплавов отличаются от режимов сварки стали меньшими давлением осадки и временем протекания тока. | 
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ