Сварка титановых сплавов: ключевые методы обеспечения качества.
Титановый сплав сваркаЭто особенно важно из-за высокой прочности материала, превосходной термостойкости и исключительной коррозионной стойкости, благодаря которым он заслужил звание «Металл XXI века». Эти свойства делают титан и его сплавы новыми конструкционными материалами с многообещающими перспективами применения. Они имеют критически важное значение не только в аэрокосмической отрасли, но и широко используются во многих промышленных областях, таких как химическая промышленность, нефтяная промышленность, легкая промышленность, металлургия и другие. власть поколение. Успешная сварка титановых сплавов имеет важное значение для производственных процессов, включая изготовление прочных корпусов для глубоководных пилотируемых подводных лодок, цельнотитановых корпусов для атомных подводных лодок, хвостовых стабилизаторов ракет и суставов, имплантируемых в человеческий организм. В связи с высокими требованиями к формовке и механической обработке деталей, сварка стала важнейшей технологией соединения титана и его сплавов.
I. Параметры очистки и сборки при сварке титановых сплавов
Требования к уборке
Правильная очистка является основополагающим этапом сварки титановых сплавов. Канавка основного металла: Очистите щеткой из нержавеющей стали или шлифовальной головкой из сплава (использование щеток из углеродистой стали запрещено во избежание науглероживания) до появления видимого цвета основного металла. Затем протрите ацетоном или спиртом, чтобы удалить масляные пятна и влагу. Сварочная проволока: очищайте ацетоном и используйте сразу после высыхания, чтобы избежать повторного загрязнения.
Зазор при сборке: приблизительно 3 мм (чрезмерный зазор может привести к недостаточной проникающей способности или потере защитного газа). Несоосность: ≤ 10% от толщины пластины (во избежание концентрации напряжений).
II. Проблема окисления при сварке титановых сплавов
Химическая активность титана экспоненциально возрастает с повышением температуры, что делает контроль окисления главной задачей при сварке титановых сплавов. При недостаточной защите во время сварки даже следовые количества газа, проникающего внутрь, могут серьезно повлиять на качество сварного шва. Таким образом, все сварочные работы основаны на принципе «трехступенчатой защиты»:
Защита зоны сварочной дуги
При сварке титановых сплавов необходимо создать вокруг дуги непрерывную и плотную атмосферу инертного газа (аргона чистотой ≥99,99%, предпочтительно высокочистого аргона), чтобы изолировать ее от воздуха.
Защита зоны расплавленного металла и зоны высокотемпературной сварки
Расплавленный металл в сварочной ванне (температура > 1668 °C, температура плавления титана) и свежезатвердевший высокотемпературный сварочный шов (> 400 °C) требуют непрерывной защиты аргоном до тех пор, пока температура не опустится ниже 400 °C (при этом активность титана значительно снижается).
III. Процесс сварки титановых сплавов
Даже при выборе правильного метода сварки титановых сплавов, неправильные настройки параметров могут привести к дефектам (таким как недостаточное проплавление, трещины, окисление). Необходимо скорректировать основные параметры, касающиеся «контроля теплового потока» и «обеспечения эффективности защиты»:
Чистота защитного газа
Чистота должна составлять ≥99,99% (промышленная чистота). Если чистота металла недостаточна (например, содержит следы кислорода), на сварном шве появится слой «синей хрупкости» (поверхность приобретает синий или серый цвет, что указывает на окисление). Сварочные работы необходимо немедленно прекратить и заменить газ. Расход газа при TIG-сварке титановых сплавов: Защита зоны дуги (расход сопла): 8-15 л/мин Защита корня шва (подающий газ): 10-15 л/мин Защита шва при высокотемпературной сварке (защитный газ): 20-25 л/мин Чрезмерно низкий расход приводит к недостаточной защите; чрезмерно высокий расход вызывает турбулентность, затягивая воздух. Защитное расстояние. Расстояние от сварочного сопла до заготовки при TIG-сварке должно быть ≤10 мм (меньшее расстояние обеспечивает более надежную защиту). Задний защитный экран должен закрывать сварной шов до тех пор, пока температура не достигнет ≤400 °C (как правило, длина заднего защитного экрана должна быть ≥50 мм). Параметры сварки титановых сплавов
Фактическая толщина свариваемых нами пластин в настоящее время составляет 3–10 мм. Для сварки титановых сплавов используются параметры 80-150 А, вольфрамовый электрод диаметром 3,2 мм, требуется многопроходная сварка.
IV. Основные меры предосторожности при сварке титановых сплавов
При сварке титановых сплавов следует избегать чрезмерного стремления к "высокотоковой, быстрой сварке": титановые сплавы чувствительны к тепловому воздействию. Чрезмерно высокий ток может привести к образованию крупных зерен в зоне термического воздействия (ЗТВ), снижая пластичность сварного шва (удлинение может уменьшиться более чем на 50%). Высокая температура расплавленного металла увеличивает риск газового загрязнения. Для проверки качества сварного шва при первоначальной сварке титановых сплавов необходимо провести «проверку сварного шва»: разные марки титановых сплавов (например, TC4, TA2) имеют разную теплопроводность. Рекомендуется сначала выполнить пробную сварку на обрезках материала: Посмотрите на расплавленную массу: Это должен быть стабильный, "серебристо-белый" бассейн без почернения и окисления. Проверьте форму сварного шва: Перед началом серийной сварки сварной шов должен иметь равномерный переход, без прожогов, недостаточного проплавления или трещин. При возобновлении сварки следует шлифовать с небольшим уклоном в 5-6 мм, чтобы обеспечить надлежащее проплавление в кратере. При сварке титановых сплавов используйте технику "похлопывающей" подачи проволоки.
