Способы и техника сварки титана аргоном

Хорошим специалистом в области сварки может называть себя только тот мастер, который хотя бы теоретически знает главные нюансы основных ее видов. Вот почему стоит выяснить основные особенности техники сварки титана аргоном. Подобная работа сложнее, чем обыкновенные манипуляции с черными металлами и нержавеющей сталью.

Актуальность сварки титана аргоном несомненна. Этот металл не только очень прочен и сравнительно инертен химически, но и относительно легок. Поэтому его используют во многих местах, и вероятность столкнуться с титановыми изделиями велика у любого сварщика.

Можно использовать только очень мощное оборудование.

Но высокая температура плавления титана и его основных сплавов не означают абсолютную устойчивость в любых условиях. После сильного нагрева такой металл будет крайне активно вбирать все газы из воздуха. Именно подобное обстоятельство и заставляет применять сварку в среде устойчивых химически газов. Стоит учесть, что у титана есть 2 стабильные фазы. В состоянии «альфа», наблюдающемся при нормальных условиях, характерна мелкозернистая структура.

Состояние «бета» наступает при прогреве до 880 градусов. В этот момент начинается заметный рост размеров зерна. Важно отметить, что титан становится тогда чувствителен к скорости охлаждения. Дополнительные трудности при сварке (кроме аргонодуговой) создают:

• плотность титана;

• его слабая теплопроводность;

• опасность самовозгорания в кислородной оболочке при прогреве до 400 градусов;

• окисление в присутствии углекислого газа;

• вероятность появления хрупких азотистых веществ при 600 градусах и выше;

• на 250 градусах — впитывание водорода.

Преимуществами аргоновой сварки титана являются:

• возможность сделать добротный шов;

• применение сравнительно малых токов;

• возможность нарастить толщину шва на проблемных участках;

• пригодность для работы с большими и мелкими образцами в равной степени.

Предварительную очистку делают:

• шаберами;

• раствором фтора;

• соляной кислотой;

• газовой горелкой.

Ключевым параметром при сварочных работах по титану является толщина обрабатываемого слоя. Если она составляет 0,8 мм, нужно брать электрод виз вольфрама сечением от 1 до 1,5 мм. На этот инструмент подается ток силой в средней 50 А и напряжением 9 В. За минуту горелка будет расходовать 6-8 л аргона. При этом скорость сваривания может достигать 18-25 м за час.

Если толщина металла увеличивается до 1,2 мм, то эти показатели составят соответственно:

• 1,5 мм;

• 55-65 А;

• 10-12 В;

• 6-8 л газа за минуту;

• 18-22 м швов за час.

Толстый (3 мм) титан надо сваривать электродами диаметром 2,5-3 мм. Напряжение при этом составит 12-13 В. Сила тока равна 200-220 А. Скорость сварки можно увеличить до 20-22 м/с. Расход газа в горелке составляет от 9 до 12 л за минуту, а по обратной стороне от 3 до 4 л.

Ручная работа с титаном и сплавами на его основе производится только вольфрамовыми электродами. Для этого используют постоянный ток обратной полярности. Обязательно применяют оснастку для изоляции рабочих зон и прогретых областей. Если варят трубопроводы из титана, их наполняют аргоном изнутри.

До начала работы требуется готовить сварные кромки и присадки. Обязательно нужно отполировать (вычистить) все поверхности при помощи стальных щеток. Если таких щеток нет, применяют наждачную бумагу любой фракции. Дополнительно проводится обезжиривание. Для этой цели применяют спирт либо ацетон.

Снять оксидную пленку можно путем травления. Травящая смесь включает фтористоводородную кислоту (в исходной концентрации 2-4%) и азотную кислоту (в исходной концентрации 30-40%). Температура рабочей смеси не может превышать 60 градусов. Предельное время обработки — 30 секунд. Присадочные материалы любого типа не могут выходить за пределы защищенного газом объема; в противном случае они сильно засоряются.

При аргонной сварке титана можно применять подкладки из меди либо стали. В этих подкладках допускается прорезание отверстий для поступления газа. В процессе работы с трубами используют фартуки с различной степенью закругления. Она определяется прежде всего диаметром трубы. Если выполняется соединение встык либо внахлест по металлу не толще 3 мм, присадочная проволока необязательна.

Просто выставляют сопло большего диаметра и наращивают подачу газа. Варят титан строго на короткой электродуге. Присадочные прутки нужно подавать без перерыва. Важно: только метод проб и ошибок позволит сварщикам научиться правильно выполнять свою работу. Промахи на начальной стадии совершенно неизбежны.

Хороший шов должен иметь светло-серебристый окрас. Очень плохо, если он окрасился в черные и синие тона. Это означает засорение титана оксидами, нитридами, либо чистыми азотом и кислородом. Исправить подобный промах можно только полным перевариванием конструкции. Потому стоит повторить: правильная подача аргона — вот критически важный момент.

Подготовка к сварке непроста. Перед нею требуется на 100% убрать поверхность заготовки. В нем содержатся значительные количества атмосферных газов. Если они оттуда попадут встык, они ухудшат его качество. Толстые детали требуют разделывания кромок. Углы раскрытия должны составлять ровно 60 градусов.

Если намеченные к сварке детали подверглись ранее резке газовым или плазменным резаком, кромки отрезают чисто механически. Расстояние отреза равно как минимум 3-5 мм.

Без нее трудно обойтись даже в ситуациях, когда сварной стык не находится на поверхности с другого края. Ведь бурная реакция с обычным воздухом происходит уже при 300-400 градусах.

Изоляция производится:

• плотно подогнанными подкладками из стали либо меди;

• подкачкой нейтрализатора в особые проходы внутри подкладок;

• закачиванием аргона во внутреннюю часть свариваемой конструкции.

Сваривание толстых конструкций без прикрытия с оборотной стороны выполняется при помощи коротких швов. Их длина не превышает 1,5-2 см. Обязательно делают перерывы для охлаждения. Температура в комнатах, где варят титан, ограничена 15 градусами. Предельный темп перемещения воздуха составляет 0,5 м/с.

Варить титан в аргоновой среде вручную целесообразно, когда делаются какие-то уникальные вещи. Этот подход применяют и организаторы мелкосерийных производств. В обоих случаях подразумевается, что запрограммировать автомат на те же задачи невозможно, а особого выигрыша при использовании полуавтоматов нет. Если толщина листа не превышает 3 мм, зазор обычно делают 0,5-1,5 мм. Необходимости в добавлении присадки нет.

Работая с электродом, нужно двигать его строго прямо, не отклоняя в стороны. При этом обязателен наклон вперед по направлению шва. Когда используется электрод 1,5 мм сечением и присадочная проволока на 2 мм, можно уверенно обрабатывать даже листы толщиной до 2 мм. Сила тока при этом составляет 100 А. К сведению: при толщине листа 3 или 4 мм нужно поднять силу тока до 140 А.

Когда шов завершен и дуга отключена, подачу защищающего газа сразу останавливать нельзя! Она должна продолжаться еще не менее 1,5-2 минут. Только тогда можно гарантировать охлаждение последнего обрабатывавшегося участка примерно до 400 градусов. В подобном режиме можно уже не опасаться возникновения вредных окислов. Иначе работают при использовании автоматических установок.

В этом случае также берут вольфрамовые электроды. Но подавать на них надо строго постоянный ток.

Сопла газовой защитной горелки должны иметь диаметр от 1,2 до 1,5 см. Разжигать и гасить дугу надо не на самих деталях, а на находящихся рядом планках, в противном случае начальные и конечные рывки напряжения могут проплавить обрабатываемое изделие.

Аргонная сварка титана позволяет применять почти все сварочные аппараты, отличающиеся жесткой вольт-амперной характеристикой. Нормальная сила тока должна достигать 140 А. Как уже говорилось, предпочтительны электроды из вольфрама. Часто практикуется струйная защита, когда поток газа ориентируют при помощи сопел и отражателей. Альтернативное решение подразумевает использование камер, наполненных газом и отличающихся герметичным устройством.

Для работы в этих камерах применяют промышленные манипуляторы. Разумеется, это сильно усложняет и удорожает сварку. Применять подобный метод за пределами индустриальных цехов практически невозможно. На крупных производствах применяют полностью герметизированные камеры большого размера. Атмосфера внутри них контролируется очень тщательно. Находящиеся внутри сварщики используют специальные защитные костюмы.

Что касается электродов, то теоретически допустимы любые вольфрамовые инструменты. Однако не все из них гарантируют одинаковое качество соединений и приличную стабильность дуги. Больше других подходят лантанированные приспособления с маркировкой ЭВЛ либо WL. Рабочий наконечник электрода требуется заточить под углом строго от 30 до 45 градусов.

Присадочная проволока (пруток) может делаться из титана различных типов. Чтобы шов не насыщался водородом, присутствующим в сварочном прутке, изделие обрабатывают дополнительно, обжигая в вакууме. Такая процедура гарантированно удалит даже небольшие следы водорода.

Оценивая потребность в аргоне, стоит учитывать, что толстостенные конструкции можно варить и без защиты задней стороны (но только при поверхностном формировании шва и слабом прогреве всего изделия в целом).

При нормальной работе прочность шва составляет до 80% от крепости необработанного металла. Но при наличии деформаций она может понизиться на 40, на 60% и даже больше. Частыми проблемами являются образование пор и холодное растрескивание. Пористость усиливается в присутствии газовых примесей. Самой опасной из них является водород.

Предотвратить такую проблему помогает обеспечение чистоты сварочного материала и тщательный выбор рабочего режима.

Растрескивание может происходить как немедленно после сварочных работ, так и спустя долгое время. Судить надежность газовой защиты помогает окрас шва. В идеале этот шов должен иметь серебристый цвет.

Чуть хуже обстоят дела, когда свариваемая плоскость окрашена в светлый соломенный тон. Это означает, что нарушения защиты допущены, но они не слишком существенны. Недопустимы швы голубого, коричневого, сероватого цвета. Каких-либо других тонкостей в бытовой практике нет. А вот в промышленности могут проводиться исследования неразрушающими методами, выявляющие раковины и другие внутренние деформации.

Видео о сварке титана аргоном для новичка ниже.