Сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (Обзор)
Рассмотрены особенности различных способов сварки не плавящимся электродом титана и его сплавов в инертных газах. Даны рекомендации по применению различных способов сварки, отмечены их преимущества и недостатки. Peculiarities of utilisation of TIG welding methods for joining titanium and its alloys...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99385 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (Обзор) / В.Е. Балащук // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 46-52. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859948788158824448 |
|---|---|
| author | Блащук, В.Е. |
| author_facet | Блащук, В.Е. |
| citation_txt | Сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (Обзор) / В.Е. Балащук // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 46-52. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Рассмотрены особенности различных способов сварки не плавящимся электродом титана и его сплавов в инертных газах. Даны рекомендации по применению различных способов сварки, отмечены их преимущества и недостатки.
Peculiarities of utilisation of TIG welding methods for joining titanium and its alloys are considered. Recommendations are given for application of different welding methods and their advantages and drawbacks are noted.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:15:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.754:669.295
СВАРКА ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ
НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ (Обзор)
В. Е. БЛАЩУК , канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Рассмотрены особенности различных способов сварки неплавящимся электродом титана и его сплавов в инертных
газах. Даны рекомендации по применению различных способов сварки, отмечены их преимущества и недостатки.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, неплавящийся элек-
трод, титановые сплавы, защитный газ, сварка погружен-
ной дугой, сварка в узкий зазор, сварка сквозным проп-
лавлением, плазменая сварка, микроплазменная сварка, тех-
нология, толщина металла, дефекты, контроль качества
Титан и его сплавы благодаря высокой удельной
прочности и коррозионной стойкости, а также жа-
ропрочности в определенном диапазоне темпера-
тур широко используются в качестве конструк-
ционных материалов в современном машино-
строении. При этом дуговая сварка является
ведущим технологическим процессом для полу-
чения неразъемных соединений. Главные труд-
ности, возникающие при сварке титана, связаны
с его химической активностью при высоких тем-
пературах (особенно в расплавленном состоянии)
по отношению к составляющим воздуха. В этом
случае обязательным условием получения качес-
твенного соединения является надежная защита
от контактов с газами атмосферы не только зоны
соединения, но и его остывающих участков
(вплоть до температуры 300…400 °С). При сварке
плавлением необходимо обеспечить также надеж-
ную защиту корня шва, если даже металл нагрелся
выше указанной температуры, но еще не расп-
лавился [1–4].
Во всем мире разработано и изготавливается
в промышленных условиях значительное количес-
тво деформируемых титановых сплавов различ-
ного назначения. В зависимости от характера воз-
действия на титан разных легирующих элементов
его промышленные сплавы, исходя из типа струк-
туры, подразделяются на следующие группы [2,
3, 5, 6]:
α- и псевдо-α-сплавы (на основе α-фазы с
2…7 % β-фазы в равновесном состоянии). Они
технологичны (из них изготавливают все типы по-
луфабрикатов), отличаются удовлетворительной
пластичностью, свариваемостью и высокой кор-
розионной стойкостью в агрессивных средах.
Сварка плавлением сплавов этого класса возмож-
на в широком диапазоне параметров режима.
Сварные конструкции из этих сплавов подвергают
неполному отжигу при температуре ниже 700 °С;
двухфазные α + β- и псевдо-β-сплавы (струк-
тура на основе β-фазы с небольшим количеством
α-фазы). После отжига они приобретают удов-
летворительные свойства. Однако широкому при-
менению в сварных конструкциях таких высокоп-
рочных сплавов препятствует недостаточная плас-
тичность соединений в термически упрочненном
состоянии. Для получения сварных соединений
из сплавов этого класса рекомендуется однопро-
ходная сварка без разделки кромок. В зависимости
от условий эксплуатации сварные соединения
подвергают отжигу или упрочняющей термичес-
кой обработке — закалке и старению;
β-сплавы — это высоколегированные сплавы
со стабильной структурой β-фазы, имеющие вы-
сокую коррозионную стойкость. Для получения
соединений сплавов этого класса наиболее пер-
спективными являются аргонодуговая и электрон-
но-лучевая сварка.
Для изготовления сварных конструкций из ти-
тана и его сплавов различных классов применимы
почти все способы сварки, используемые для
получения соединений сталей и цветных металлов
[3–11]. Однако до настоящего времени способ
сварки титана вручную покрытыми электродами
пока еще не разработан. Качество сварных сое-
динений титана во многом определяется специфи-
ческим термодеформационным циклом дуговой
сварки, отличающимся от такового в случае свар-
ки сталей. При сварке титана потери энергии
меньше, а продолжительность пребывания в
области высоких температур металла зоны тер-
мического влияния (ЗТВ) в 2…3 раза больше. Чув-
ствительность к термическому циклу сварки про-
является в α→β-превращении, быстром росте зер-
на высокотемпературной β-фазы при нагреве вы-
ше области структурных превращений, перегреве
и образовании хрупких фаз при охлаждении и ста-
рении.
Высокая химическая активность титана по от-
ношению к составляющим воздуха ([O], [N], [H])
приводит к насыщению ими металла сварного со-
© В. Е. Блащук , 2007
46 4/2007
единения, а это в свою очередь — к его охруп-
чиванию и снижению механических свойств (плас-
тичности, длительной прочности) и коррозионной
стойкости. Значительное насыщение металла в про-
цессе сварки происходит уже при T ≥ 350 °С. В
связи с этим необходимо обеспечить надежную
защиту зоны сварки, имеющую температуру
350 °С, от контактов с воздухом. С этой целью
используются аргон 1-го и высшего сортов (ГОСТ
10157 и EN 439), гелий высокой частоты (ТУ 51-
940–8 и EN 439), их смеси (EN 439) и специальные
бескислородные флюсы. Сварка в вакууме также
исключает возможность взаимодействия титана с
газами.
Необходимым условием получения качествен-
ных соединений титана и его сплавов является
регулирование механических свойств и структуры
металла швов и ЗТВ путем выбора оптимальных
технологий и сварочных материалов, а также ре-
жимов сварки, обеспечивающих ее выполнение
при минимально возможной погонной энергии.
Качество полученных сварных соединений во
многом определяется технологией подготовки
кромок под сварку и составом (маркой) приса-
дочной титановой проволоки.
Подготовку кромок заготовок выполняют с ис-
пользованием газовой, плазменной и газолазерной
резки (режущий газ — аргон) [12]. Газовую резку
титана осуществляют на более высокой скорости
и пониженной мощностью пламени по сравнению
с резкой стали. Это связано с более интенсивным
выделением тепла в зоне реза. После газовой и
плазменной резки обработку кромок механичес-
ким способом следует выполнять на глубине
3…5 мм. После выполнения газолазерной резки
в этом нет необходимости. При механической об-
работке шероховатость поверхности кромок дол-
жна быть не хуже Rz = 40 (ГОСТ 2789). Повер-
хности деталей, прилегающие к кромкам с обеих
сторон на расстоянии не менее 20 мм, могут за-
чищаться шабером, электрокорундовым кругом,
вращающейся металлической щеткой, мелкой
наждачной шкуркой, кругами с накаткой из аб-
разивного материала или вулканитовым кругом.
При зачистке абразивными кругами не допуска-
ется перегрев металла, вызывающий на поверх-
ности сварного соединения образование цветов по-
бежалости. Непосредственно перед прихваткой и
сваркой подготовленные поверхности сварного со-
единения, а также сварочная проволока обезжири-
ваются. Влагу с них удаляют с помощью бязевых
салфеток, смоченных ацетоном и техническим эти-
ловым спиртом.
При выборе способов сварки титановых спла-
вов следует исходить из необходимости обеспе-
чения надежной защиты зоны сварки и остыва-
ющих участков соединения от контактов с воз-
духом, а также учета особенностей соединения
металла малой, средней и большой толщины.
Для сварки титана широко применяют дуговые
способы сварки, из которых наиболее распрост-
раненной являются сварка неплавящимся воль-
фрамовым электродом в инертных газах (автома-
тическая, механизированная и ручная). Они далее
будут рассматриваться в настоящей работе.
Способ сварки ТИГ является универсальным,
поскольку позволяет выполнять соединения в раз-
личных пространственных положениях, в том
числе в стесненных условиях, и не требует пе-
реналадки оборудования при изменении толщины
свариваемого металла и типа соединения.
Сварка ТИГ титана выполняется на постоян-
ном токе прямой полярности. Вольфрамовый
электрод является катодом и от его стойкости к
разрушению, формы заточки, постоянства эмис-
сионной способности во многом зависят стабиль-
ность процесса сварки, качество формирования
швов и глубина провара. Электроды из чистого
(нелегированного) вольфрама из-за малой стой-
кости к разрушению для сварки титана непри-
годны. Для этого способа сварки применяют элек-
троды из легированного вольфрама марок ЭВЛ
(WL10), ЭВИ-2, ЭВТ-12 (WT20) в соответствии
с ГОСТ 23949–80 (EN 26848 NF). Диаметр неп-
лавящегося электрода выбирают в зависимости от
значений сварочного тока с учетом допустимой
нагрузки по току. Угол заточки составляет
30…45°. Перед началом работы заточенный воль-
фрамовый электрод подвергают обработке путем
пятикратного зажигания дуги на рабочем токе.
При продолжительной работе электрод постепен-
но разрушается и его следует периодически пе-
резатачивать [5, 6, 9].
В зависимости от размеров и конфигурации
свариваемых изделий из титана применяют сле-
дующие типы защиты зоны сварки инертным га-
зом [5, 6, 9]:
общая защита изделия в камере с контроли-
руемой атмосферой инертного газа, обеспечива-
ющая наиболее надежную и стабильную защиту
зоны сварки и остывающих участков сварного со-
единения сверху и снизу корня шва. Используется
в серийном производстве и при изготовлении из-
делий сложной формы;
местная защита сварного соединения с исполь-
зованием малогабаритных камер, обеспечиваю-
щая стабильное качество сварных соединений при
сварке поворотных и неповоротных стыков труб-
чатых конструкций. При этом обратная сторона
шва защищена благодаря заполнению инертным
газом полости изделия или его части;
струйная защита зоны сварки и остывающих
участков соединения, осуществляемая путем их
непрерывного обдува с помощью сопла с увели-
ченным по сравнению с другими металлами диа-
4/2007 47
метром отверстия и удлиненной насадкой. Обдув
корня шва происходит с подачей инертного газа
снизу. При этом защитный газ подается по трем
каналам — в сопло 5, удлиненную насадку 11 и
формирующую защитную подкладку 14 (рис. 1).
Несмотря на то, что обеспечить надежную защиту
в этом случае сложно, указанный способ сварки
получил широкое распространение в сварочном
производстве. Стабильное высокое качество свар-
ных соединений, выполненных на воздухе, обес-
печивается путем применения автоматической
сварки.
При ручной сварке ТИГ для защиты остыва-
ющих участков сварного соединения используют
насадку 11 (рис. 1), закрепленную на горелке. Ее
ширину выбирают в зависимости от ширины ЗТВ
сварного соединения, а длину при сварке тонкой
пластины находят из выражения
l = (0,006Iсв
2 Uд
2) ⁄ (T2vсвb)–dc
⁄ 2,
где Iсв — ток сварки, А; Uд — напряжение на
дуге, В; T — температура, ниже которой металл
не следует защищать (T < 400 °С); vсв — скорость
сварки, см/с; b — толщина металла, см; dc —
внутренний диаметр сопла, см.
Защиту корня шва и прилегающих нагретых
участков сварного соединения осуществляют пу-
тем плотного поджатия кромок к медным или
стальным подкладкам с формирующими канав-
ками и системой отверстий для подачи защитного
газа (рис. 2) [5, 6, 9].
Во избежание перегрева металла свариваемых
кромок при дуговой сварке титана ограничивают
максимальный сварочный ток. Так, при сварке по-
верхностной дугой неплавящимся электродом он не
должен превышать 300 А. Это позволяет сваривать
за один проход без разделки кромок плас- тины
титана с b ≤ 3 мм. Стыковые соединения пластин
титана большой толщины выполняют многослой-
ной сваркой с разделкой кромок и использованием
присадочной проволоки. При сварке титана осу-
ществляют следующую разделку кромок: при
толщине пластины 4…10 мм — V-образную с уг-
лом раскрытия 70…90°; при b = 10…15 мм —
Х-образную с углом раскрытия 50…70°; при
b > 15 мм — рюмкообразную с углом раскрытия
30°. Притупление во всех случаях составляет
1,5…2,0 мм, а зазор — не более 10 % толщины
пластины титана.
Рис. 1. Схема ручной сварки ТИГ титана: 1 — свариваемый
металл; 2 — присадочная проволока; 3 — дуга; 4 — неплавя-
щийся электрод; 5 — сопло; 6 — корпус горелки; 7 — подача
охлаждающей воды; 8 — подача защитного газа; 9 — токо-
подвод; 10 — отвод воды; 11 — насадка для защиты остыва-
ющих участков шва; 12 — защитная среда; 13 — металл шва;
14 — приспособление для защиты обратной стороны шва
Рис. 2. Схема защиты корня
шва при выполнении ремонт-
ной сварки: 1 — присадка;
2 — горелка; 3 — изделие;
4 — местный поддув
Рис. 3. Схема поджига дуги при ручной сварке ТИГ титана с
использованием горелки с «газовой линзой» касанием (а) и с
помощью осциллятора — устройства стабилизации горения
дуги (б)
48 4/2007
Для удаления воздуха из газовой системы за-
щитный газ в горелку и защитные приспособления
подаются за 1…2 мин до начала сварки. Поджиг
дуги осуществляется касанием изделия вольфра-
мовым электродом (рис. 3, а) или с помощью ос-
циллятора (рис. 3, б). Перед началом сварки на
принятом режиме качество защиты рекомендуется
проверить на титановом образце путем поджига
дуги на «точку», которая должна иметь блестящий
серебристый цвет. Ручную сварку выполняют без
колебательных движений горелки на короткой ду-
ге углом вперед. Угол между электродом и при-
садочной проволокой поддерживается в пределах
90°, а подача проволоки осуществляется непре-
рывно. При этом необходимо следить за тем, что-
бы разогретый конец присадочной проволоки был
постоянно защищен инертным газом. Если в силу
каких-либо причин он подвергался воздействию
воздуха, то окисленный конец следует удалить
механическим способом. После окончания сварки
или случайного обрыва дуги защитный газ должен
подаваться до тех пор, пока металл не остынет
до T < 400 °С.
Об эффективности газовой защиты при сварке
и последующем охлаждении сварного соединения
можно судить по внешнему виду шва: о хорошей
защите и высоких свойствах соединения свиде-
тельствует его блестящая серебристая поверх-
ность. Защита считается удовлетворительной, ес-
ли поверхность шва имеет соломенно-желтый
цвет. Такой шов допускается оставлять без исп-
равления. Если поверхность шва приобрела свет-
ло-синий цвет, то ее необходимо зачистить ме-
таллической щеткой. Швы с поверхностью синего
или серого цвета не допустимы и подлежат уда-
лению.
Следует учитывать то, что хорошая защита при
сварке влияет не только на качество швов, но и
на стойкость неплавящегося электрода.
Для сварки титановых сплавов разных классов
разработаны и выпускаются промышленностью
сварочные титановые проволоки различного сос-
тава, которые в соответствии с ГОСТ 27265–87
и AWS A5.16/А5.16М:2004 [3, 4, 9, 13] постав-
ляются в травленном и дегазированном состоянии.
В качестве присадки могут использоваться также
прутки из основного металла, которые предвари-
тельно должны подвергаться вакуумному отжигу.
При сварке коррозионностойких титановых спла-
вов, легированных небольшими добавками, нап-
ример палладия или рутения, для обеспечения не-
обходимой коррозионной стойкости металла швов
присадочная проволока также должна быть леги-
рована этими элементами.
Ориентировочные режимы ручной сварки ТИГ
титана следующие: b = 3 (10) мм; диаметр воль-
фрамового электрода dW = 2,5…3,0 (3,0…4,0) мм;
диаметр присадочной проволоки dп = 2,0…3,0
(2,0…3,0) мм; Iсв = 120…150 (160…200) А; Uд =
= 10…14 (12…16) В.
Для повышения производительности ручной
сварки ТИГ конструкций из толстолистового ти-
тана (b ≥ 15 мм) разработана технология сварки
низколегированных титановых сплавов по щеле-
вому зазору без скоса кромок. По сравнению со
сваркой с Х-образной разделкой кромок эта тех-
нология имеет следующие преимущества: сниже-
ние в 2…3 раза объема и массы наплавленного
металла, что позволяет сократить расход дорогос-
тоящих сварочных материалов и повысить про-
изводительность процесса сварки в 2…3 раза; воз-
можность регулировки механических свойств
сварных соединений как путем изменения хими-
ческого состава сварочных проволок, так и ис-
пользования эффекта контактного упрочнения ме-
талла шва, работающего в условиях, характерных
для так называемых мягких прослоек; наличие ще-
левого зазора, улучшающего газовую защиту, ста-
билизирующего сварочный процесс и повышаю-
щего КПД источника нагрева; уменьшение нак-
ладных расходов благодаря сокращению механи-
ческой обработки кромок под сварку, а также рас-
хода электроэнергии [1, 5].
Перед сборкой под сварку к торцам кромок,
предварительно обработанных механическим спо-
собом, приваривают выводные планки из листа
титана с b = 3…4 мм, а в средней части кромки
выполняют трехслойную наплавку (рис. 4, а). Для
обеспечения плавного перехода от наплавленного
валика к кромкам свариваемого металла часто вы-
полняют сглаживающие валики без присадки.
Подготовленные таким образом детали собирают
под сварку и прихватывают с зазором 2…3 мм
между наплавленными слоями.
Сварка соединений по щелевому зазору осу-
ществляется в определенной последовательности
(рис. 4, б). Сначала выполняют соединительные
швы (Iсв = 160…180 А), затем — первый проход
с использованием присадочной проволоки (dп =
= 3…4 мм), а второй с обратной стороны без при-
Рис. 4. Схема последовательности выполнения сварки по
щелевому зазору: а — соединение с наплавками, собранное
под сварку; б — порядок выполнения проходов (обозначен
цифрами)
4/2007 49
садки. Основные слои выполняют на токе: Iсв =
= 380…400 А и dп = 5 мм.
Получение качественного соединения обеспе-
чивается при условии, если поверхность каждого
слоя будет иметь вогнутую менисковую форму
с плавным переходом к кромкам свариваемых де-
талей, что исключает образование межваликовых
несплавлений.
Сварка по щелевому зазору имеет ряд особен-
ностей. Так, вылет вольфрамового электрода с dп =
= 4 мм устанавливается из расчета расположения
сопла горелки на расстоянии 2 мм от поверхности
свариваемых листов. Ось электрода должна быть
перпендикулярна к поверхности листов, обратная
сторона шва защищена от окисления струей ар-
гона, которая подается через трубку с радиаль-
ными отверстиями (рис. 5).
При выполнении внутренних слоев расход ар-
гона составляет 12…14 л/мин. Узкая и глубокая
щель обеспечивает качественную защиту наплав-
ленного металла без применения насадок; при
этом используется щиток-отражатель, который на-
девается на сопло горелки. При наложении внеш-
них слоев применяют насадку для дополнитель-
ной подачи аргона
6…8 л/мин. Для соединения
титановых плит шириной b =
110 мм предложена техноло-
гия сварки вольфрамовым
электродом в узкий зазор
магнитоуправляемой дугой
[11]. Сварные швы, выпол-
ненные по указанным техно-
логиям, отличаются высоким
качеством. Поры и другие де-
фекты в них отсутствуют.
Для повышения эффек-
тивности сварки ТИГ титано-
вых сплавов разработан [5–7]
и впервые применен способ
сварки неплавящимся воль-
фрамовым электродом с при-
менением фторидных флю-
сов-паст (ТИФ-Ф). Сварка
ТИГ-Ф расширяет технологичес-
кие возможности дуги, позволяет
увеличить глубину проплавления,
уменьшить погонную энергию
процесса сварки и предупредить
образование пор в металле шва.
Этот способ сварки дает возмож-
ность сваривать за один проход без
разделки кромок титановые плиты
шириной b ≤ 6 мм, выполнять швы
любого типа с использованием
присадочной проволоки и без нее,
в нижнем положении и на верти-
кальной плоскости. Расход флюса не
зависит от толщины свариваемого металла и сос-
тавляет около 10 г на погонную длину шва 1 м.
Дальнейшим развитием способа сварки ТИГ-Ф
является сварка с присадочной порошковой про-
волокой, позволяющая выполнять швы за один
проход без разделки кромок на титановых плитах
толщиной b = 5…16 мм. Расход присадочной по-
рошковой проволоки составляет около 1,5 м на
погонную длину шва 1 м. При этом поры в ме-
талле шва отсутствуют. Однако сварка ТИГ-Ф тре-
бует высокой точности сборки свариваемых за-
готовок [5–7, 14].
В настоящее время широкое применение наш-
ли также механизированная и автоматическая
сварка неплавящимся электродом в инертных га-
зах. Эти способы сварки позволяют изменять в
широком диапазоне размеры и форму сварных со-
единений, обеспечивают получение швов с удов-
летворительным качеством поверхности. При
сварке пластин титана толщиной b ≥ 6 мм вы-
полняют двухстороннюю сварку. К недостаткам
указанных способов сварки следует отнести
склонность металла шва к образованию пор и вы-
сокий уровень деформаций в сварных соединений.
Устранить или уменьшить эти недостатки позво-
ляет использование импульсно-дуговой сварки
(рис. 6). Регулируя ток, скорость, а также дли-
тельность импульса и паузы, можно в широких
пределах изменять размеры швов. Применение
импульсно-дуговой сварки ТИГ обеспечивает хо-
рошее формирование сварного шва с плавным пе-
реходом к основному металлу, а также уменьшает
неравномерность поля остаточных напряжений и
уровень их концентрации в зоне сварки при эк-
сплуатации изделий под нагрузкой [5, 6].
С целью увеличения проплавляющей способнос-
ти дуги при сварке ТИГ разработаны ряд усовер-
шенствований этого процесса: сварка погруженной
дугой без и с электромагнитным перемешиванием
металла сварочной ванны, сквозным проплавлени-
ем, двухдуговая и др. [1, 3–7, 9–12, 15–17].
При сварке погруженной дугой конец вольфра-
мового электрода с помощью специальной при-
нудительной автоматической системы регулиро-
Рис. 5. Схема сварки по щелевому зазору: 1 — свариваемая деталь; 2 — выводные
планки; 3 — сдвоенная присадка; 4 — наплавленный металл; 5 — приспособление
для поддува; 6 — щиток-отражатель; 7 — сопло горелки
Рис. 6. Схема геомет-
рии сечения металла
шва при сварке ТИГ с
непрерывной (1) и им-
пульсной (2) дугой
50 4/2007
вания напряжения на дуге (изредка вручную)
опускается ниже поверхности свариваемого ме-
талла. За счет увеличения коэффициента эффек-
тивности тепловой мощности дуги удается сва-
ривать за один проход без разделки кромок листы
титана толщиной b ≤ 15 мм, а при двухсторонней
сварке — b ≤ 36 мм. При этом сварные швы с
каждой стороны листа выполняют в два прохода
без использования присадочной проволоки: пер-
вый проход осуществляют погруженной дугой для
получения требуемой глубины проплавления; вто-
рой — поверхностной дугой для сглаживания шва
и придания ему требуемых геометрических раз-
меров. Недостатками указанного способа сварки
являются получение шва большой ширины, круп-
нокристаллическая структура металла, невозмож-
ность регулировать его химический состав, а так-
же высокая склонность к порообразованию. При-
менение способа сварки с электромагнитным пе-
ремешиванием позволяет улучшить структуру ме-
талла шва и значительно уменьшить его порис-
тость [1, 15, 17].
Для повышения коэффициента наплавки при
многослойной односторонней сварке ТИГ в раз-
делку листов титана (b ≤ 50 мм) разработаны тех-
нология и оборудование для сварки двумя воль-
фрамовыми электродами, расположенными в
плоскости, перпендикулярной оси шва. При таком
способе сварку листов титана толщиной b = 50 мм
выполняют за 6…8 проходов с использованием
присадочной проволоки (dп = 5…7 мм). Указан-
ный способ сварки нашел применение и для нап-
лавки [5, 16].
Сварка ТИГ сквозным проплавлением позво-
ляет за один проход соединять листы титана тол-
щиной b ≤ 12 мм. Для получения проплавления
типа «замочная скважина» установочная длина ду-
ги должна составлять 0,5…1,0 мм, а режим сварки
назначается так, чтобы под дугой по мере ее прод-
вижения образовывалось отверстие, заполняемое
жидким металлом. Для усиления шва требуется
выполнение второго прохода с использованием
присадочной проволоки.
Сваркой ТИГ поверхностной дугой выполняют
поворотные и неповоротные стыки трубопрово-
дов, а также вварку труб в трубные доски. В этом
случае применяют специализированное оборудо-
вание, не используемое при других способах свар-
ки [1, 5, 6, 18].
Для получения неразъемных соединений ти-
тана без разделки кромок изделий толщиной b ≤
≤ 10 мм наряду со сваркой ТИГ применяют плаз-
менную сварку (ПС). При этом используют такие
же средства защиты, как и при сварке ТИГ. В
переднюю часть сварочной ванны возможно вве-
дение присадочной проволоки. При ПС к скорости
подачи присадочной проволоки и ее диаметру
предъявляются менее жесткие требования, чем в
случае сварки ТИГ. ПС выполняется с одно- или
двухсторонней V-образной разделкой кромок [1,
5, 6, 19].
Для соединения титановых пластин толщиной
b ≤ 1,5 мм применяют микроплазменную сварку
(МПС), которую осуществляют на постоянном токе
прямой полярности дугой, горящей в непрерывном
или импульсном режимах. В качестве плазмообра-
зующего газа используют аргон, защитного газа —
гелий или смесь Ar + 50…75 % He. При сварке
изделий из титана толщиной b ≤ 0,3 мм соединение
выполняют с отбортовкой кромок. Средняя ра-
бочая длина дуги при МПС почти на порядок
больше, чем при сварке ТИГ, и поэтому при ука-
занном способе сварки допускаются бo′льшие от-
клонения от заданной длины дуги без особого вли-
яния на параметры шва. Для обеспечения процесса
стабильного формирования особое значение при-
обретают форма и размеры соединения [5, 6, 20].
При изготовлении химических аппаратов,
например гидролизного (рис. 7) вместимостью
47 м3 из титана применяют сразу несколько спо-
собов сварки ТИГ. При этом следует отметить,
что избежать использования ручной сварки ТИГ
не удается. Все швы корпуса аппарата выполнены
автоматической сваркой ТИГ погруженной дугой
без присадки, швы днищ — ручной сваркой ТИГ
с разделкой и использованием присадочной про-
волоки dп = 3…5 мм из сплава 2В. Сварочные
автоматы оборудованы фартуками гусеничного
типа, копирующими форму свариваемых повер-
хностней и обеспечивающими надежную защиту
остывающих участков сварного соединения. За-
щиту обратной стороны шва осуществляли с по-
мощью приспособления, обеспечивающего равно-
мерный поддув аргоном по всей длине сварива-
емого стыка. Сварку выполняли в два прохода с
каждой стороны. Фланцы большого диаметра из-
готавливали сваркой ТИГ по щелевому зазору с
последующей правкой и механической обработ-
кой. Штуцера и люки собирали с корпусом на
Рис. 7. Изготовление гидролизного аппарата из сплава АТ3 с
толщиной корпуса 24 мм
4/2007 51
прихватках и приваривали ручной сваркой ТИГ
с разделкой кромок [1, 5, 6].
Основными дефектами, возникающими при
сварке ТИГ титана, являются поры, холодные тре-
щины, удлиненные газовые каналы. Титан и его
сплавы не склонны к образованию кристаллиза-
ционных (горячих) трещин. Основной причиной
снижения долговечности их сварных соединений
являются поры. Удлиненные полости образуются
в корне швов, выполненных автоматической свар-
кой ТИГ погруженной дугой в аргоне [1, 5, 6,
21, 22]. Не допускаются дефекты швов в виде
трещин, непроваров, прожогов кратера и подре-
зов, а также швы с синим или серым цветом по-
верхности. Исправление дефектов (кроме цветов
побежалости) осуществляется подваркой. Места
расположения дефектов перед подваркой тщатель-
но зачищают, а концы трещин засверливают. Под-
варку одного и того же места рекомендуется про-
изводить не более двух раз с использованием той
же технологии сварки ТИГ, что и для сварки из-
делий.
Для контроля качества и выявления дефектов
сварных соединений из титана применяют те же
методы, что и при сварке сталей. В процессе из-
готовления изделий проверяют качество и состо-
яние свариваемых изделий, сварочных материа-
лов, соответствие подготовки кромок и сборки под
сварку требованиям технических условий, стан-
дартов и чертежей. При этом должен соблюдаться
технологический процесс сварки и термической
обработки. Для выбора методов и объема конт-
роля необходимо обоснование их экономической
целесообразности [22].
1. Изготовление и эксплуатация оборудования из титана /
Г. М. Шеленков, В. Е. Блащук, Р. К. Мелехов и др. —
Киев: Техника, 1984. — 120 с.
2. Машиностроение. Энциклопедия. Т. II: Цветные метал-
лы и сплавы / Под общ. ред. И. Н. Фридляндера. — М.:
Машиностроение, 2001. — 880 с.
3. Melechow R., Tubielewicz K., Blaszuk W. Titan i jero stopy.
— Czestochowa: WPC, 2004. — 397 S.
4. Блащук В. Е. Титан: сплавы, сварка, применение // Авто-
мат. сварка. — 2004. — № 3. — С. 39–46.
5. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов /
С. М. Гуревич, В. Н. Замков, В. Е. Блащук и др. — Киев:
Наук. думка, 1986. — 240 с.
6. Гуревич С. М. Справочник по сварке цветных металлов.
— Киев: Наук. думка, 1990. — 512 с.
7. Zamkov V. N., Prilutskii V. P., Shevelev A. D. Metallurgy and
technology of welding titanium alloys // Welding and Surfa-
cing Rev. — 1992. — 2. — P. 1–39.
8. Штамповка, сварка, пайка и термообработка титана и
его сплавов в авиастроении / Под ред. А. Г. Братухина.
— М.: Машиностроение, 1997. — 600 с.
9. American welding society: Welding handbook. — Miami:
American welding society, 1998. — Vol. 4. — 621 p.
10. Блащук В. Е., Шеленков Г. М. Сварка плавлением титана
и его сплавов (Обзор) // Автомат. сварка. — 2005. —
№ 2. — С. 38–46.
11. Paton B. E., Zamkov V. N., Prilutsky V. P. Narrow-groovе
welding proves its worth on thick titanium // Welding J. —
1996. — № 5. — P. 37–41.
12. Гаврилюк В. С., Измайлова Г. М. Лазерная сварка титано-
вого сплава ОТ4 по лазерному резу // Технология метал-
лов. — 2005. — № 1. — С. 23–26.
13. McMasters J. A., Sutherlin R. C. Update: titanium specifica-
tion revised // Welding J. — 2004. — № 5. — P. 43–47.
14. Замков В. Н., Прилуцкий В. П. Способы сварки титано-
вых сплавов // Автомат. сварка. — 2005. — № 8. —
С. 45–48.
15. Сварка с электромагнитным перемешиванием / В. П.
Черныш, В. Д. Кузнецов, А. Н. Брискман, Г. М. Шелен-
ков. — Киев: Техника, 1983. — 127 с.
16. Замков В. Н., Топольский В. Ф., Кушниренко Н. А. Двух-
дуговая сварка толстолистового титана вольфрамовыми
электродами // Автомат. сварка. — 1978. — № 2. —
С. 44–47.
17. Сварка погруженным вольфрамовым электродом сплава
ВТ20 по необработанным кромкам / Б. И. Долотов, В. И.
Муравьев, Ю. Л. Иванов, Б. Н. Марьин // Свароч. пр-во.
— 1997. — № 7. — С. 25–27.
18. Блащук В. Е., Шеленков Г. М., Трояновский В. Э. Сварка
труб с трубными решетками теплообменных аппаратов
их титановых сплавов // Автомат. сварка. — 2005. —
№ 9. — С. 40–42.
19. Плазменная сварка титановых сплавов / В. Е. Блащук,
Л. М. Оноприенко, Г. М. Шеленков и др. // Там же. —
1993. — № 3. — С. 31–33.
20. Микроплазменная сварка / Под ред. Б. Е. Патона. — Ки-
ев: Наук. думка, 1979. — 248 с.
21. Троицкий В. А. Краткое пособие по контролю качества
сварных соединений. — Киев: ИЭС им. Е. О. Патона,
1977. — 224 с.
22. Роянов В. А., Зусин В. Я., Самотугин С. Р. Дефекты в
сварных соединениях и покрытиях. — Мариуполь:
ПГТУ, 2000. — 184 с.
Peculiarities of utilisation of TIG welding methods for joining titanium and its alloys are considered. Recommendations
are given for application of different welding methods and their advantages and drawbacks are noted.
Поступила в редакцию 20.02.2006
52 4/2007
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99385 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:15:45Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Блащук, В.Е. 2016-04-27T19:18:53Z 2016-04-27T19:18:53Z 2007 Сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (Обзор) / В.Е. Балащук // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 46-52. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99385 621.791.754:669.295 Рассмотрены особенности различных способов сварки не плавящимся электродом титана и его сплавов в инертных газах. Даны рекомендации по применению различных способов сварки, отмечены их преимущества и недостатки. Peculiarities of utilisation of TIG welding methods for joining titanium and its alloys are considered. Recommendations are given for application of different welding methods and their advantages and drawbacks are noted. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (Обзор) Welding of titanium and its alloys with a non-consumable electrode (Review) Article published earlier |
| spellingShingle | Сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (Обзор) Блащук, В.Е. Производственный раздел |
| title | Сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (Обзор) |
| title_alt | Welding of titanium and its alloys with a non-consumable electrode (Review) |
| title_full | Сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (Обзор) |
| title_fullStr | Сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (Обзор) |
| title_full_unstemmed | Сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (Обзор) |
| title_short | Сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (Обзор) |
| title_sort | сварка титана и его сплавов неплавящимся электродом (обзор) |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99385 |
| work_keys_str_mv | AT blaŝukve svarkatitanaiegosplavovneplavâŝimsâélektrodomobzor AT blaŝukve weldingoftitaniumanditsalloyswithanonconsumableelectrodereview |