Сварка титана и его сплавов

Сварка алюминия и его сплавов

Сварка цветных металлов и сплавов.

Основная трудность при сварке алюминия и его сплавов (АМг1...АМг6) - наличие на поверхности тугоплавкой оксидной пленки (2050С), препятствующей сплавлению основного и присадочного металлов. Удаление оксидной пленки производят тремя способами: механическим, химическим (травление в растворе KOH, применение при сварке флюсов, содержащих фтористые и хлористые соли) и электрическим (сварка переменным током или катодное распыление при сварке на обратной полярности). Следует иметь в виду, что при нагреве до 400-500С прочность алюминия резко падает и изделие может разрушиться даже под тяжестью собственного веса.

Аргонодуговую сварку Al и его сплавов (неплавящимся электродом) выполняют на специальных установках типа УДГУ-301, УДГ-501, ИСВУ-315, АДСВ-6. Сварка выполняется переменным током или постоянным только обратной полярности с обязятельным применением осциллятора. Необходимо поддерживать минимальную длину дуги (до 2 мм).

Применяют полу- и автоматическую сварку в среде аргона плавящимся электродом того же состава, что и свариваемый металл.

При толщине деталей более 10 мм применяют полу- и автоматическую сварку по флюсу, тонкого слоя которого достаточно, чтобы защитить сварочную ванну и удалить оксидную пленку. Применяемый флюс АН-А1 электропроводен и шунтирует дугу при ее погружении в шлак.

Применяют газовую сварку.

При всех способах сварки требуется тщательная очистка кромок перед сваркой.

Сварку следует выполнять не позже, чем через 2 часа после механической очистки и 8 часов после химической.

После сварки требуется тщательное удаление (смывание горячей водой) остатков флюса с поверхности изделия во избежание коррозии металла.

Силумины перед сваркой подогревают до 200-250С, а после сварки выполняют отжиг при температуре 300-350С с последующим медленным охлаждением. Сварные швы проковывают легкими ударами в холодном состоянии.

Дуралюмины (Al-Zn-Mg-Cu: Д16, Д20, В95) при сварке сильно разупрочняются, однако при соответствующей термообработке можно довести прочность шва до 80% просности основного металла. Применяют длительный гомогенизирующий отжиг при 460С (до 24 часов) с последующей проковкой, искусственное старение.

Основная трудность при сварке титановых сплавов (ВТ...) - большое сродство к кислороду, азоту и водороду при высокой температуре. Требуется защита не только сварочной ванны, но всей зоны, нагретой выше 500С. Для этого делаются удлиненные насадки с отверстиями и защитные козырьки, которые защитят зону сварки. Обратную сторону шва защитит медная или стальная подкладка, которая плотно прижимается к шву.

Подготовка кромок - травление в растворе соляной и плавиковой кислот Допускается механическая зачистка с последующим обезжириванием. Каким будет качество сварных соединений — это зависит напрямую от проведенной подготовки кромок деталей и самой титановой проволоки. Оксидная пленка, образующаяся после горячей обработки, должна быть удалена механическим путем. Титан после этого должен быть протравлен в течении 5-10 мин в смеси солей с кислотами (50 г фторида натрия, 350 мл соляной кислоты и 650 мл воды) при температуре 60°С.

Выполняют сварку в защитных газах неплавящимся вольфрамовым и плавящимся (из титановой проволоки) электродом.

Сварку ведут без колебательных движений горелки, на короткой дуге углом вперед. Угол между электродом и присадочным материалом поддерживают в пределах 90°, подачу присадочной проволоки осуществляют непрерывно.

При ручной дуговой сварке титана вольфрамовым электродом диаметром 1,5—2 мм и присадочной проволокой диаметром 2 мм сварочный ток составляет 90— 100 А для металла толщиной 2 мм. Если толщина металла доходит до 4 мм — величина сварочного тока будет равняться 120—140 А.

После окончания сварки или обрыва дуги аргон должен подаваться до тех пор пока металл не остынет примерно до 400°С.

Используют дополнительную защиту флюсом. Применяют фторидно-хлоридные флюсы (например, АН-Т). Высота слоя флюса - не менее вылета электрода. Шлаковую корку удаляют после охлаждения до 300C.

Предложен флюс для сварки титана и его сплавов в среде защитных газов, содержащий хлористый марганец и хлористый алюминий, дополнительно содержит хлористый магний и хлористый кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлористый марганец - 22-28; хлористый алюминий - 32-38; хлористый магний - 12-20; хлористый кальций - 24-33. Флюс применяют в виде раствора галогенидов в спирте без осадка. Флюсы получают растворением 1 части сухого флюса в 4 частях спирта.

Сварка алюминиевого сплава с титаном ОТ4. Обычно применяют аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом, перед которой кромки титана очищают от α-слоя и загрязнений и алитируют в чистом алюминии при температуре алюминия 800 ... 830 °С в течение 1 ... 3 мин. В этом случае период образования соединения между алюминием и титаном меньше, чем период ретардации, и хрупкие интерметаллиды по линии соединения не успевают образоваться.

Кромки предварительно разделывают согласно рис. 13.12, б. До сварки на алитированные кромки наплавляют слой чистого алюминия (5 ... 8 мм) с использованием проволоки марки AB00 диаметром 5 ... 8 мм. Соединение сваривают обычным методом, как алюминиевый сплав. Предел прочности сварного соединения сплавов ОТ4 + АМг6 зависит от слоя алюминия и составляет 110 ... 270 МПа, угол изгиба 17 ... 30°.

Сварка титана с медью и ее сплавами. Сварка затруднена большим различием свойств и образованием хрупких интерметаллидов (см. табл. 2). Наиболее успешна сварка плавлением при использовании промежуточных вставок из специально выплавленных сплавов титана, легированных молибденом или ниобием, которые понижают температуру превращения α-β и обеспечивают получение однородного титанового сплава со стабильной структурой, не очень отличающейся от структуры меди. Можно использовать комбинированные вставки из сплавов Ti + 30 % Nb и сплавов ВТ15).

Эти сплавы при сварке с медью МЗ обеспечивают предел прочности соединения 220 ... 225 МПа и угол изгиба 140 .... 180°, а при сварке с бронзой 260 ... 280 МПа и угол изгиба 100 ... 160°. В прослойке по линии соединения твердость достигает 4700 ... 4800 HV при твердости бронзы БрХ0,8 1200 HV.

Сварка стали с титаном. Одной из основных задач при сварке титана со сталями является выбор таких сварочных материалов, методов и режимов сварки, при которых предотвращалось бы или резко подавлялось образование хрупких интерметаллических фаз FeTi и Fe₂Ti.

Непосредственная сварка титана со сталью не дает положительных результатов. Практическое применение находит сварка в аргоне вольфрамовым электродом и сварка через промежуточные вставки. Хорошие результаты получены при использовании комбинированной вставки, состоящей из технического тантала (а, = 700 МПа) и термообрабатываемой бронзы БрБ2 (см. табл. 1).

Бронза сваривается с углеродистой или аустенитной сталью аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом, а тантал с титаном - в камерах с контролируемой атмосферой. Предел прочности соединения по бронзе 490 МПа, при закалке бронзы 605 МПа (закалка до сварки).

Комбинированные вставки из бронзы БрБ2 и ниобия используют для аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом в камере с контролируемой атмосферой титана ОТ4-1 толщиной 0,8 и 2 мм. Прочность соединения при толщине 0,8 мм σв = 530 ... 660 МПа, угол изгиба 72 ... 180° при толщине 2 мм σв = 400 ... 450 МПа, угол изгиба 41 ... 61°.