Технология сварки титана и его сплавов

Титан обладает низкой прочностью и поэтому в чистом виде применяется крайне редко. А для конструктивных целей используют титан с примесями легирующих элементов, значительно увеличивающих его физико-механические свойства. Химическая активность титана под воздействием больших температур может привести к снижению его пластичности и конструкционной прочности, поэтому сварку выполняют с защитой от атмосферного воздействия. Защите подлежит не только сварочная ванна, но и все участки металла, которые подвергаются нагреву до температуры свыше 623°С.

Обладая низкими теплопроводными свойствами, титан достаточно длительное время поддерживает сварочную ванну в расплавленном состоянии при высокой температуре, что способствует росту зерна не только в сварном соединении, но и в околошовной зоне. Особенно отрицательно сказывается на качестве сварочного шва водород, который попадает в сварочную ванну вместе с адсорбированной влагой на свариваемых кромках и в присадочном материале. Взаимодействуя с кислородом, горячий титан окисляется, что способствует появлению в сварочном шве пор холодных трещин. Поэтому свойства сварных соединений напрямую зависят от качества защиты, подготовки свариваемых кромок и титановой проволоки, служащей присадочным материалом.

Подготовительный этап заключается в механической обработке свариваемых кромок или травлением раствором кислот. Свариваемые кромки зачищают механическими приспособлениями на ширину не менее 20 —25 мм от границ разделки, после чего место сварки тщательно обезжиривают и протравливают. Зачистку поверхностей осуществляют непосредственно перед сваркой или заблаговременно при условии надежной их защиты от внешних воздействий. Очищенная поверхность должна иметь серебристый оттенок, без трещин, вмятин, заусенец и надрывов.

Непосредственно перед сваркой кромки обезжиривают и протравливают. В качестве обезжиривающего состава может служить ацетон, бензин и другие растворители на основе ацетона. Поверхность сначала обрабатывают бензином, а после этого — ацетоном. Сварочную титановую проволоку подбирают согласно маркировке, которая наносится на упаковке или на специальных бирках. Непосредственно перед сваркой проволоку обезжиривают, а при необходимости подвергают механической очистке наждачной шкуркой.

Кромки деталей перед сваркой плотно сжимают между собой, следя за тем, чтобы на поверхность не попали жировые включения. Поэтому к подготовленным поверхностям нельзя касаться руками или грязной ветошью.

Сварку титана и его сплавов выполняют в ручном или автоматическом режимах с защитой сварочной ванны и околошовной зоны аргоном или инертным газом. Сварку ведут вольфрамовым электродом при постоянном источнике тока прямой полярности. Существует несколько схем защиты сварочного шва. Для сварки ответственных изделий существуют специальные камеры с контролируемой атмосферой.

Сварку ведут без колебательных движений горелки, на короткой дуге углом вперед.

Вылет электрода из сопла не должен превышать 5 —7 мм. В труднодоступных местах вылет электрода может быть увеличен при условии надежной защиты сварочного шваСнятие защиты производят не ранее, чем при снижении температуры ниже 400°С. Защита сварочного шва считается качественной, если в зоне стыка отсутствуют следы окисления и металл имеет серебристый цвет. Титан, толщиной до 8 мм, можно сваривать без скоса кромок, более толстый металл сваривают погружной дугой.

Рис. 1. Схема сварки погруженной дугой:

1 - поток защитного газа; 2 - сопло горелки; 3 - оттесненный жидкий металл; 4 - сварочная дуга; 5 - свариваемая деталь

Для снижения погонной энергии и сужения зоны термического влияния дополнительно к газовой защите используют флюсы АТН-21А, Атн-23А. Применение флюсов существенно повышает защиту и позволяет повысить качество сварного соединения за счет уменьшения пористости шва. Флюс наносят на свариваемые кромки непосредственно перед сваркой при помощи волосяной кисти толщиной 0, 1 —0, 15 мм. Для того чтобы из пасты хорошо испарялся спирт, сварку выполняют при температура не ниже 15°С.

Сварка плавящимся электродом выполняется в автоматическом режиме током обратной полярности при мелкокапельном переносе металла.

108.Наплавка — процесс нанесения на поверхность детали слоя металла при помощи сварки. Ее применяют как при изготовле­нии новых деталей (из готов и тельная наплавка), так и при вос­становлении изношенных и поврежденных деталей (ремонтная наплавка). В первом случае наплавкой создается слой металла, резко отличающийся по своим свойствам от основного металла, например, слой, защищающий основной металл от воздействия агрессивной внешней среды, или твердосплавный слой, значи­тельно повышающий износостойкость рабочих поверхностей из­делий. Во втором случае обычно стремятся приблизить металлнаплавленного слоя по служебным характеристикам к металлу, подвергаемому наплавке. Им может быть как основной металл, из которого собственно изготовлена ремонтируемая деталь, так и металл ранее нанесенного на деталь поверхностного слоя, облада­ющего особыми свойствами.

Нужные свойства наплавленного металла при использовании ручной дуговой наплавки покрытыми электродами получают в первую очередь за счет грамотного подбора электродов. Именно электроды обеспечивают требуемое легирование наплавленного металла соответствующими элементами и, как следствие его слу­жебные характеристики. (В формировании химического состава наплавленного слоя принимает участие и основной металл, рас­плавляемый при наплавке. Долю участия основного металла регу­лируют режимы наплавки). При восстановлении только основного металла ремонтируемой детали, как правило, применяют обычные электроды, используемые при дуговой сварке сталей и сплавов. При восстановлении же поверхностного слоя с особыми свойства­ми применяют специализированные наплавочные электроды, су­щественно отличающиеся в своем большинстве по составу и свой­ствам от сварочных (см. гл. 7). Наплавку многими из них произво­дят в нижнем положении постоянным током обратной полярности. При наплавке используют стандартные источники питания дуги, предназначенные для ручной дуговой сварки.

Принципиальный технологический процесс ремонта сталь­ных деталей методом ручной дуговой наплавки состоит из следу­ющих последовательно выполняемых операций: отжиг закален­ных деталей перед наплавкой; очистка наплавляемой поверхнос­ти и подготовка ее под наплавку (очистку производят с целью удаления масел, окалины, ржавчины и других загрязнений; при подготовке под наплавку удаляют часть металла для улучшения условий наплавки); подогрев перед наплавкой (температура по­догрева определяется химическим составом основного и наплав­ляемого металлов); наплавка; предварительная термическая обра­ботка (операцию выполняют для обеспечения возможности меха­нической обработки наплавленного слоя, который непосредствен­но после наплавки может иметь слишком высокую для обработ­ки твердость и малую пластичность); контроль качества наплав­ки (при контроле выявляют наличие дефектов в виде недопусти­мых трещин, раковин, пор, шлаковых включений, непроваров); механическая обработка ремонтируемой детали; термическая об­работка для получения заданных эксплуатационных свойств на­плавляемой поверхности; окончательный контроль качества на­плавки (при этом контроле проверяют твердость, прочность, химический состав, а также отсутствие недопустимых внешних дефектов и деформаций). Допустимость характера и количества дефектов регламентирована техническими условиями на данное изделие или другим нормативным документом.

Приведенный технологический процесс ремонтной наплавки носит общий характер и в ряде случаев выполнение отдельных операций, например отжиг закаленных деталей и термическая об­работка наплавленного слоя, не требуется. Выявленные при кон* троле качества наплавки недопустимые дефекты должны быть уда­лены с последующим повторением всех необходимых операций.