Электродуговая сварка в среде инертных газов.

В отечественной промышленности и за рубежом для ти­тана и его сплавов наиболее распространена электриче­ская дуговая сварка в среде защитных (инертных), га­зов: аргона, гелия или смеси этих газов.

Сварку выпол­няют с местной зашитой и в специальных камерах. В отечественной промышленности широко применяются следующие разновидности этого способа сварки:

1) автоматическая сварка пеплавящимся электро­дом, пульсирующей (импульсной) и постоянно горящей дугой без присадочного и с присадочным металлом;

2) ручная дуговая сварка нсплавящимся электродом с присадочным металлом;

3) точечная дуговая сварка пеплавящимся электро­дом без присадочного металла;

4) автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка плавящимся электродом.

При сварке в стационарных камерах (рис. 5) защита сварного соединения обеспечивается при заполнении ка­меры инертным газом с предварительным удалением из нее воздуха. Роль инертного газа сводится к физической защите от взаимодействия с воздухом свариваемого и приса­дочного металлов, а также сварного соединения, нагре­тых выше 600° С.

Наиболее надежная защита достигается при сваркс деталей в камерах. Однако применение сложных камер вызывает большие трудности в производственных усло­виях. В зависимости от размеров и формы свариваемых деталей и узлов в настоящее время разработаны и применяются стационарные камеры, насадки и камеры, в которых находится сварщик (или сварщики) в процессе сварки.

Защитные газы. В качестве защитных газов при сварке применяют инертные газы. Инертными или бла­городными называют газы, имеющие целиком заполнен­ные наружные электронные оболочки, tic способные к химическим реакциям и практически нерастворимые в металлах. Инертные газы представляют собой одно- атомпые газы. Для сварки титана и его сплавов применяют инертные газы — аргон, гелий и их смеси) (табл. 18).

Вследствие высокой химической активности титана 1 аргон и гелий должны быть чистыми в отношении со- | держания активных газов и влаги. Чистота аргона = марки А составляет 99, 99% по ГОСТу 10157—62. Допу­скаемые примеси в аргоне составляют не более 0, 003% 0₂, 0, 01% N_a и 0, 03% Н₂О.

Аргон имеет более широкое применение при сварке титана, чем гелий, по следующим причинам:

1. Аргон тяжелее гелия в 10 раз (табл. 18) и на 25% тяжелее воздуха, поэтому достигается лучшая защита зоны сварки при расходе аргона меньше на 30—35%, чем гелия.

2. Стоимость аргона-значительно ниже, чем гелия.

3. При сварке плавящимся электродом на постоянном токе в среде аргона достигается струйный перенос ме­талла.

4. Напряжение дуги при сварке в аргоне ниже в 1, 5— 2.0 раза, чем в гелии. При одном и том же токе при сварке в среде аргона выделяется меньше тепла, чем в срсде гелия. Поэтому при дуговой сварке в среде арго­на легче управлять процессом сварки и, особенно, при сварке титана малых толщин.

Гелий и смссь гелия с аргоном применяют в качест­ве защитного газа при дуговой сваркс плавящимся электродом титана и его сплавов больших толщии 10— 40 мм. Лучшие результаты сварки получаются при ис­пользовании смеси из 20% Аг и 80% Не.

Расход газа Q одним постом за рабочую смену ори­ентировочно можно подсчитать по следующей эмпири­ческой формуле:

Неплавящиеси электроды.

При дуговой сваркс ти­тана в среде инертных газов применяют прутки из чи­стого вольфрама, из вольфрама с добавкой 1, 5 -2.0% окиси тория (торированные электроды) и из вольфрама с добавкой 0, 8—1, 1% окиси лантана (лаптанированные электроды).

Широкое применение вольфрама обусловлено его ту­гоплавкостью (температура плавления 3500°С, темпе­ратура кипения 5900° С) и высокими электропровод­ностью и теплопроводностью. Прутки из чистого вольфрама диаметром 0, 5—8 мм.изготовляют по ТУ В М2—529—57.

Для сварки постоянным током прямой полярности применяют торированные электроды, изготовляемые в виде прутков диаметром 1-8 мм, лантанированные электроды, изготовляемые в виде прутков диаметром от 1 до 10 мм. Добавка тория и лантана значительно по­вышает эмиссионную способность электрода, снижает катодное падение напряжения, в результате чего облег­чается процесс зажигания дуги, увеличивается устойчи­вость дугового разряда и повышается стойкость электро­да (уменьшается температура электрода). Применение торированпых и лантанированных электродов, заточен­ных на конус, исключает блуждание дуги и значитель­но повышает плотность тока и концентрацию тепла в сварочной ванне. Положительное влияние на стойкость торированного и лаптанированного электродов оказы­вает шлифовка его конусной поверхности. Ориентировочные нормы расхода вольфрама при ар- гоно-дуговой сварке с применением вольфрамовых, торн- ровапных и лантанированных электродов приведены в табл.19.

Присадочные материалы.

Сварку деталей из титана и его сплавов можно вести с при­менением присадочных мате­риалов обычно в виде холод­но-тянутой проволоки или прут­ков, изготовленных из листово­го металла. При электрошла­ковой сварке в качестве приса­дочного металла используют проволоку и пластины. Путем соответствующего выбора со­става присадочного металла можно изменять состав метал­ла шва. Для автоматической и полуавтоматической сварки применяют проволоку в бухтах. Для ручной сварки проволоку рубят па стержни длиной 300—400 мм. При всех способах сварки проволоку при­меняют без покрытий.

Сварочная проволока, прутки и полосы должны иметь чистую, без альфированного слоя, не насыщенную водородом, не загрязненную маслом и т. п. поверхность. Указанные загрязнения на проволоке снижают пластич- юсть металла шва и способствуют образованию пор в нём. Сварочную проволоку в случае ее загрязнения очищают путем опескоструивания, травления или механи­ческой обработки. Водород удаляется вакуумным от­жигом.

Сварочная проволока снабжается сертификатом за­вода-изготовителя, в котором указывается марка про­волоки, химический состав, в том числе содержание газов и другие характеристики (вес, диаметр, номер плавки и т. п.).

Выбор сварочной проволоки определяется условиями сварки и эксплуатации конструкции. Состав сварочной проволоки должен быть близким к составу свариваемо­го металла, чтобы пластичность металла шва была не­сколько меньше, чем основного металла. Из условий образования пористости в швах желательно не применять сварочную проволоку, легирован­ную марганцем и оловом. Сварочную проволоку из ти­тана и его сплавов изготовляют по специальным техни­ческим условиям диаметром 0, 8—7 мм после вакуумного

отжига. Химический состав проволоки для сварки тех­нического титана и его сплавов и механические свойст­ва се приведены в табл. 20. Химический состав пластин для электрошлаковой сварки тот же, что и свариваемого металла.

Флюсы

Флюсы для дуговой и электрошлаковой сварки впервые разработал С.М. Гуревич в институте электросварке им. Е.О. Патопа.

Вследствие высокой химической активности титана, его флюсы должны быть химически нейтральными к жидкому металлу сварочной ванны. Этому требованию удовлетворяют при дуговой сварке плавленые фтори­стые флюсы мелкой грануляции марки АНТ-1 и АНТ-3, а при электрошлаковой сварке — марки АНТ-2, по со­ставу близкие к АНТ-1, но имеющие более высокую температуру плавления. Все флюсы относятся к бески­слородным. В состав флюсов в основном входят хими­чески чистые галогенные соли щелочно-земельных ме­таллов. В целях удаления влаги готовый флюс прокаливают при температуре 300—350°С в течении 2, 0—2, 5 ч, а не­посредственно перед сваркой — при температуре 200—250°С в течение 1 ч. Влага во флюсе является источни­ком пор и трещин металла шва.

Основным назначением флюсов являются обеспече­ние устойчивости процесса, хорошего формирования шва, а также зашита расплавленной ванны, прилегаю­щего к ней основного металла и охлаждаемого шва, нагретых выше 600⁰С как с внешней, так и с обратной стороны.

Качество сварки во многом зависит от источника тепла и параметров режимов сварки. Наиболее нагляд­ными для оценки свойств сварных соединений являют­ся размеры и формирование шва, а также степень за­щиты сварного соединения. Основные требования к сва­рочному оборудованию - это обеспечение стабильного процесса плавления свариваемого к присадочного ме­талла, равномерного и постоянного перемещения источ­ника тепла, полной и надежной защиты сварного сое­динения от атмосферы в условиях сварочного цикла, а также исключение деформаций свариваемых деталей в процессе сварки. Всем перечисленным требованиям в основном отвечают применяемые стандартные источни­ки тепла, автоматы, полуавтоматы, сборочные установ­ки, защитные камеры и приборы.