Сварщику цветник металлов

СВАРКА ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ

Подготовка и сборка металла под сварку. Резка листов и заготовок титана, подлежащих сварке, выполняется'меха­нической, газовой или плазменной резкой. Подготовка кро­мок под сварку производится только механическим путем. Волнистость поверхности обработанных кромок с плавными переходами волны допускается на глубину не более 0,1 мм при длине более 30 мм..

На последующую обработку свариваемых кромок должен быть оставлен припуск после механической обработки не менее 3 мм, а после резки с расплавлением не менее5—15 мм на сторону в зависимости от толщины металла. В тех случаях, когда невозможна механическая обработка, допускается под­готовка кромок корундовым кругом на вулканитовой основе с зернистостью не более 80 ед (ГОСТ 2424—67). Таким же кру­гом выполняется выборка корня шва перед его сваркой. Сила прижатия корундового круга должна быть такой, чтобы исклю­чить появление цветов побежалости.

При наличии - на металле окиснонитридных пленок детали подвергаются травлению в растворе состава (мл/л): 220—300 плавиковой кислоты HF, 480—550 азотной кислоты HNOs. Время травления в зависимости от толщины пленки 1—20 ч при температуре 20—25 °С. Затем следует осветление в раство­ре состава (мл/л): 600— 750 азотной кислоты, 85—100 плави­ковой кислоты. Время травления 3—10 мин при температуре 20—25 °С. Начинать и заканчивать сварку необходимо на’ технологических планках такой же толщины и состава, как и свариваемый металл.

Непосредственно перед сваркой кромки и прилегающий к ним металл на ширину 25—30 мм и сварочная проволока промываются бензином Б-70 с последующим обезжириванием этиловым спиртом-ректификатом или ацетоном с применением чистых бязевых салфеток. Для титана и его сплавов в основ-

ном применяют дуговую сварку в среде инертных газов, авто­матическую сварку под слоем бескислородных флюсов, плаз­менную, электрошлаковую, контактную и др. Однако наи­более широко применяют сварку вереде аргона, гелия или их ■смесей плавящимся и неплавящимся электродом при мини­мальной погонной энергии с применением инертных газов вы­сокой частоты.

При сборке под сварку смещение кромок и зазор в стыке должны соответствовать нижеприведенным.

Толщина металла, мм 2—3 4—5 6—10 II—15 16—35

Величина смещения (зазора) 0,1 0,2 0,5 0,5 1,0

При сборке и установке детали под сварку запрещается при­касаться к кромкам голыми руками и загрязненным инстру­ментом. На кромки не должны попадать грязь, масло и влага. Сборка под сварку производится с помощью прихваток дли­ной 10—20 мм, расстоянием между ними 150—300 мм (в зави­симости от толщины свариваемого металла) с обязательной защитой обратной стороны шва. Дефекты в прихватках не допускаются. В случае их появления прихватки должны быть удалены с помощью корундового круга с последующей шаб­ровкой и промывкой ремонтируемых мест растворителем.

В помещениях, где выполняется сварка титана, скорость движения воздуха не должна превышать 0,5 м/с, а температура должна быть не ниже +15 °С. При этом необходима высокая культура производства. Марка сварочной или присадочной проволоки для ¥итана и его сплавов приведена в табл. 5.20.

Для предохранения шва от наводораживания используют сварочную проволоку после предварительного Вакуумного от­жига. Массовая доля водорода в такой проволоке не должна превышать 0,002—0,004 %.

Титан при высоких температурах, и особенно в расплавлен­ном состоянии, обладает высокой химической активностью

к таким газам, как кислород, водород и азот. Поэтому для получения сварных швов вы­сокого качества необходимо надежно защищать от окружа­ющего воздуха сварочную ван­ну, шов и прилегающий к не­му металл с температурой вы­ше 400—450 °С. Защита долж­на быть обеспечена как с внеш­ней, так и с обратной сторо­ны шва. Для защиты хвосто­вой части ванны и металла вокруг сварного шва горелки дополнительно оборудуются защитными насадками для по­дачи защитного газа (рис.5.23).

В зависимости от формы и размеров свариваемых из­делий применяется струйная защита с непрерывным обду­вом инертным газом сварочной ванны и прилегающих зон сва­риваемого металла, защиты

сварного соединения с применением местных камер и общая защита узла при сварке в камере с контролируемой атмосфе­рой. Для сварки трубчатых конструкций используются мест­ные или малогабаритные накидные камеры с обеспечением надежной герметичности.

О надежности защиты и о качестве сварных соединений судят по внешнему виду шва и околошовной зоны. Сереб­ристая поверхность характеризует хорошую защиту и удовлет­ворительные свойства соединений. Желто-голубой цвет обра­зуется при плохой защите, а синевато-фиолетовая поверхность говорит о плохой защите и соответственно пониженной пластич­ности и вязкости металла шва и зоны термического влияния.

При сварке со сквозным проплавлением обратная сторона шва формируется медными или стальными подкладками сформи­рующими канавками и системой отверстий для подачи защитно­го газа. Подкладки могут быть как водоохлаждаемыми, так и не водоохлаждаемыми. При двусторонней сварке на весу обратная сторона шва защищается поддувом аргона с помощью специаль­ных приспособлений (рис. 5.24). Содержание в инертных газах кислорода контролируется прибором «Циркон», а для опре­деления в них влаги применяется установка «Байкал» и др.

Механизированная свар* ка плавящимся электро­дом. Автоматичес­кая сварка пла-. вящимся электродом при­меняется для тавровых, угловых и стыковых соеди­нений из титана и его спла­вов толщиной более 4 мм. Сварка выполняется в ниж­нем положении на постоян­ном токе обратной поляр­ности. Для сварки элек­тродной проволокой диаметром до 3 мм применяются источники питания с жесткой или пологопадающей внешней вольт-амперной характеристикой. При большем диаметре электродной проволоки более предпочтительны источники питания с падающей характеристикой. Металл толщиной до 25 мм сваривается-без разделки кромок в два прохода с двух сторон, для больших толщин рекомендуется применять многопроходную сварку с V - или Х-образной (в зависимости от толщины свариваемого металла) разделкой кромок [51. Угол раскрытия составляет 60—70°, а притупление — 3—4 мм.

Сварка выполняется стандартными автоматами, снабжен­ными сварочными горелками типа ГУ или другими, обеспечи­вающими надежную защиту дуги с приставками для допол-

нительной защиты зоны сварки и обратной стороны шва. Режимы автоматической сварки титана плавящимся электро­дом в с [Теде защитных газов приведены в табл. 5.21.

Автоматы для сварки более целесообразно применять с не­зависимой ог напряжения и плавной скоростью подачи элек­тродной проволоки. Режим сварки необходимо корректировать в каждом конкретном случае. Для этого на опытной пластине при наплавке валика устанавливается минимально 'необходи­мая сила сварочного тока, обеспечивающая струйный перенос электродного металла. Затем напряжением устанавливают нужную длину дуги. Если при этом струйный перенос электродного металла переходит в капельный, силу сварочного тока незначительно увеличивают, напряжением дуги снова ус­танавливают заданную ее длину. Такую корректировку режима сварки необходимо выполнять с каждым источником питания.

Полуавтоматическая сварка применяется в тех случаях, где другие механизированные способы сварки использовать нецелесообразно. Выполняется полуавтомати­ческая сварка на постоянном токе обратной полярности про­волоками диаметром 0,5—2,0 мм на режимах, обеспечивающих струйный перенос электродного металла.

Горелки полуавтоматов должны обеспечивать надежную защиту дуги и сварочной - аанны от окружающего дугу возду­ха. Лучшие результаты позволяют получить полуавтоматы ПРМ-4 или другие, снабженные горелками ГСП-1. Для до­полнительной защиты хвостовой части ванны и металла, нагре­того выше 400—450 °С, горелки снабжаются насадками, в ко­торые подается защитный газ. Сварку выполняют с наклоном горелки углом вперед под углом 10—15° от вертикали в ре­жимах, приведенных в табл. 5.22.

Расстояние сопла горелки от свариваемого металла должно быть равно 14—20 мм в зависимости от толщины свариваемого металла. В качестве защитных сред применяется аргвн, гелий или смесь аргона и гелия "{60—80 %). При сварке не допус­каются короткие замыкания электродной проволоки как на поверхность ванны, так и на свариваемый металл или шов.

Автоматическая сварка неплавящимся электродом в среде защитных газов. Сварка выполняется на постоянном токе пря­мой полярности. Сварка титана толщиной до 8 мм производит­ся без разделки кромок. При толщине металла до 15 мм при­меняется V-образная разделка кромок с углом раскрытия 60— 70°, а большая толщина титана сваривается с использованием рюмкообразной подготовки кромок с углом раскрытия 30° и радиусом в нижней части, равном 6 мм. Для защиты дуги применяется аргон, гелий или их смеси (например, 50—80 % гелия, остальное аргон). Сварка выполняется горелками типа ГУ или другими, обеспечивающими достаточное качество сварных соединений на режимах, приведенных в табл. 5.3.

В процессе сварки на верхнем пределе тока при падающей вольт-амперной внешней характеристике источника питания начинают появляться всплески металла ванны и нарушать этим формирование шва. Возможны две причины их образования.

1. Нарушается гидродинамическое равновесие в сварочной ванне, когда скорость протока металла в донной части ванны превышает скорость сварки. Это приводит к образованию в шве полостей или каналов. Для борьбы с дефектами такого рода уменьшают силу сварочного дока, снижают скорость сварки или увеличивают объем ванны за счет применения сварки расщепленным электродом. Также применяют успокаивающее внешнее давление на хвостовую часть ванны газовым потоком или сварку импульсным током с частотой, равной или кратной частоте гармоническим колебаниям металла ванны.

2. Металл ванны перегревается и становится более жидко­текучим. Давление дуги, воздействуя на такой металл, обра­зует всплески, нарушает устойчивую кристаллизацию ванны и не позволяет получать качественное формирование сварочного шва. Для борьбы с такими дефектами уменьшают силу свароч­ного тока, увеличивают скорость сварки, снижают напряже­ние холостого хода источника питания или охлаждают сва­риваемый металл.

Вероятность появления всплесков тем больше, чем ниже температура плавления свариваемого металла и меньше его плотность. Поэтому такие дефектные процессы чаще наблю­даются при сварке алюминия, магния и их сплавов и реже — при сварке титана, меди, никеля и других металлов.

Практически для определения характера всплесков уве­личивают скорость сварки. Если всплески ванны не прекраща­ются, считают, что нарушено гидродинамическое равновесие. Когда при повышении скорости сварки всплески исчезают, считают, что металл ванны перегревается.

Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом. Сварка производится на постоянном токе прямой полярности. Сварка титана толщиной до 5 мм выполняется без разделки кромок. При толщине металла 5—10 мм производится многослойная сварка с разделкой кромок с общим углом раскрытия 70—90°. Двусторонняя разделка кромок осуществляется при сварке металла толщиной 10—15 мм с углом раскрытия 50—70°. При сварке металла толщиной более 15 мм применяется рюм­кообразная разделка кромок с углом раскрытия 30° и радиу­сом в нижней части 5 мм. Сварка выполняется на режимах, приведенных в табл. 5.23.

Рабочая часть вольфрамового электрода затачивается на конус, равный в зависимости от толщины свариваемого металла 30—45°. Конус электрода притупляют до диаметра 0,5—0,8 мм. Это позволяет увеличить стойкость электрода, улучшить фор­мирование сварного шва и получить за счет расфокусировки дуги более плавный переход от основного металла к усилению шва. Вылет электрода из сопла горелки устанавливается не более 10 мм. Перед сваркой система подачи газа продувается в течение 5—10 с защитным газом (расход 10—12 л/мин).

Дугу возбуждают в разделке или на ранее заваренном участке шва с последующим перекрытием этого места при сварке. Сварка выполняется без колебаний горелки, с непре-

рывной подачей присадочной проволоки. Марка присадочной проволоки в зависимости от состава свариваемого металла приведена в табл. 5.18.

Первый проход при сварке с разделкой кромок выполняет­ся без присадочного металла. При сварке последующих про­ходов присадочный металл вводится в зону дуги непрерывно и равномерно под углом 25—35° к основному металлу в голов­ную часть сварочной ванны навстречу движения горелки. Угол между присадочной проволокой и горелкой должен со­ставлять 80—90°.

Присадочный пруток при сварке или прихватке необхо­димо выводить из зоны защиты только после его остывания "Ниже температуры 400 °С. При нарушении этого условия окис­ленный конец присадочного прутка необходимо отрубить. Пос­ле обрыва дуги или окончания процесса сварки горелка не должна отводиться от места сварки, а защитный газ подается до остывания ниже 400 °С.

Автоматическая сварка под слоем флюса. Этот вид сварки применяется для сварки металла толщиной от 3 до 40 мм. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности стандартными автоматами с использованием бескислородных, нейтральных по отношению к титану флюсов типа АНТ на основе системы CaFa—ВаС1„—NaF.

При сварке титана толщиной до 7 мм применяется флюс АНТ-1. Для титана толщиной 6—14 мм используется флюс АНТ-3, а при сварке титана толщиной более 14 мм применяется флюс АНТ-5 или АНТ-7.

Перед сваркой флюс прокаливают при температуре 300— 350 °С в течение 2 ч до содержания влаги не более 0,05 %. По окончании сварки оставшийся флюс помещают в герметич­но закрывающуюся тару или в полиэтиленовые мешки. Слой флюса при сварке должен быть таким,- чтобы исключить воз­можность прорыва дуги. Сварку производят на малых вылетах электродной проволоки, не превышающих 20—22 мм при напряжении на дуге не более 40 В.

Титан толщиной до 10—12 мм "сваривают в один проход без разделки кромок. Листы толщиной до 14—16 мм целе-" сообразно сваривать с двух сторон по-V-образной разделке кромок с углом раскрытия 60° или Х-образной подготовке кромок с углом 90°. Притупление составляет 6 — 8 мм.

Обратная сторона сварного шва формируется водоох­лаждаемыми подкладками с подачей инертного газа встык. Применяется также сварка на флюсовых подушках. При всех неизменных остальных условиях, с увеличением угла раскрытия разделки от 60 до 90° глубина провара возрастает,

о» формирование шва улучшается, а стабильность процесса сварки возрастает.

Автоматическая сварка под слоем флюса выполняется в ре­жимах, приведенных в табл. 5.24.

„Очистка валиков от шлаковой корки выполняется после остывания сварного шва и околошовной зоны ниже темпера­туры 300—350 °С. Находит также применение способ автома­тической сварки по слою флюса вольфрамовым электродом на постоянном токе прямой полярности. Применяемые для этого способа сварки флюсы АНТ-21 А или АНТ-23А сушат при тем­пературе 250—300 °С в течение 1,5—2,0 ч. Затем их растворяют в спирте-ректификате (ГОСТ 18300—72) в соотношении по массе 1 : 1 до пастообразного состояния.

Непосредственно перед сваркой на кромки наносят кистью равномерный слой флюсовой пасты толщиной 0,10—0,15 мм и шириной 10—15 мм. Сварка выполняется через 1,5—3,0 мин после нанесения флюса на свариваемые кромки. Расход по такой технологии составляет 5—8 г на 1 м шва погонной длины.

Плазменная сварка. Наиболее широкое применение полу­чил способ сварки прямого действия. Для стабильного горения плазменной дуги применяются источники питания дуги с крутопадающими или вертикальными характеристиками, позволяющие изменять напряжение на дуге при неизменном значении сварочного тока.

Плотность теплового потока плазменной дуги составляет более 10Б Вт/см*, что в 10 раз превышает тепловой поток дуги при сварке неплавящимся электродом в среде аргона. Поэтому плазменная сварка листов титана возможна толщиной 10 мм и выше без разделки кромок. При плазменной сварке в каче-

стве плазмообразующего газа применяется аргон, а в качестве защитной среды — гелий или смесь аргона с гелием.

Титан толщиной до 18—20 мм сваривается без разделки кромок. При сварке титана большей толщины применяется V-образная разделка кромок с углом раскрытия 60° и при­туплением 4—6 мм. Присадочная проволока подается в перед­нюю часть сварочной ванны. Режимы плазменной сварки ти­тана приведены в табл. 5.25.

Для сварки титана малых толщин широкое применение находит микроплазменная сварка.

Электрошлаковая сварка. Этот вид сварки используется для сварки титана толщиной более 40 мм. Находит примене­ние электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком, пластинчатым электродом и проволоками. Однако наибольшее применение получила электрошлаковая сварка проволочными

электродами. На каждые 100 мм свариваемой толщины при меняется одна электродная проволока диаметром 5 мм. Для крупногабаритных изделий из титана и его сплавов может использоваться сварка плавящимся мундштуком или пла­стинчатым электродом.

Электрошлаковая сварка выполняется под тугоплавкими бескислородными флюсами АНТ-2, АНТ-4 и другими с защи­той поверхности шлаковой ванны и разогретого вылета электрода аргоном. Эго достигается с помощью использования специальной конструкции сварочных мундштуков, служащих для направления электродных проволок и одновременной по­дачи аргона в зону сварки.

Режимы электрошлаковой сварки проволочными электро дами технического титана приведены в табл. 5.26.