7.2. Альфа сплавы и псевдо –  сплавы

Их целесообразно сваривать при минимальных погонных энергиях (рис. 30.а.).

+ – сплавы со среднем количеством  – фазы характеризуются резким снижением пластичности свойств в широком интервале скоростей охлаждения. Вне этого интервала пластичность увеличивается при малых скоростях охлаждения вследствие уменьшения количества –фазы, при высоких – за счет её увеличения. Рекомендуют сваривать эти сплавы на мягких режимах с малыми скоростями охлаждения (рис. 30.б.).

Высоколегированные  и  сплавы ВТ–16 или сплавы со структурой метастабильной  – фазы целесообразнее сваривать на режимах, обеспечивающих среднюю и высокую скорость охлаждения (рис. 30.в).

Повышение пластичности при сохранение высокой прочности достигается технологическими приемами: электромагнитное перемешивание расплава, применение колебаний электронного луча. Такие приемы измельчают структуру  – фазы, причем уменьшается внутризёренная неоднородность. Необходимые свойства сварных соединений термоупрочняемых  и  – сплавов можно получить после их закалки и старения.

При сварке титановых сплавов у сварных соединений наблюдается склонность к замедленному разрушению. Так как повышенное содержание водорода в сварном соединении в ходе сварки совестно с растягивающими сварочными напряжениями (плюс растягивающее усилие от внешней нагрузки). Влияние водорода на склонность к трещинам возрастает при увеличении кислорода и азота в металле шва. В процессе охлаждения и старения образуется хрупкие фазы, они также снижают общую пластичность сварных соединений. Отрицательное влияние водорода на титановые сплавы является результатом гидридного превращения и адсорбированного эффекта снижения прочности.

Наибольшее влияние водород оказывает на –сплавы, т.к. в –сплавах растворимость водорода ничтожна (<0,001%). Растворимость водорода в –фазе выше на порядок, следовательно сплавы, содержащие –фазу менее чувствительны к водородному охрупчиванию, но вместе с тем повышая растворимость водорода в –фазе возрастает опасность наводораживания.

Склонность к растрескиванию увеличивается:

1. При повышенном содержании водорода в исходном материале;

2. При насыщении водорода в процессе сварки из-за недостаточной подготовке сварочных материалов и кромок;

3. При насыщении водородом в процессе технологической обработки сварных соединений и их эксплуатации.

Радикальными методами по борьбе с трещинообразованием являются:

• Снижение содержания газов в присадке и основном материале H₂ < 0,008%, O₂ < 0,1%, N < 0,04%;

• Соблюдение правильной технологии сварки;

• Рациональный подбор режимов сварки;

• Снятие остаточных сварочных напряжений (стабилизация);

• Предотвращение возможного наводораживания сварных соединений при эксплуатации, путем выбора сплавов такой композиции, которые смогут работать в средах, где имеет место насыщение водородом.

В отличие от сталей, поры в сварных соединениях располагаются цепочкой в зоне сплавления. Они снижают статическую и динамическую прочность сварных соединений.

Растворимость водорода в титане уменьшается с повышением температуры. Поэтому в процессе сварки титана водород диффундирует от зон максимальных температур в менее нагретые области, от шва к основному металлу. Основными методами борьбы с порами, вызванными водородом при качественном исходном материале, является тщательная подготовка сварочных материалов: прокалка флюса, применение защитного газа гарантированного качества, вакуумная дегазация и зачистка перед сваркой сварочной проволоки и свариваемых кромок (удаление альфинированного слоя травлением и механической обработкой, снятие адсорбированного слоя перед сваркой щётками или обезжириванием), соблюдение защиты и технологии сварки.

В сварном шве поры могут образовываться вследствие:

• задержки пузырьков инертного газа при кристаллизации металла сварочной ванны;

• “захлопывание” микрообъемов газовой фазы на кромках стыка;

• химических реакций между поверхностными загрязнениями и влагой.

При сварке титана плавлением требуется концентрированный источник тепла, однако, так как коэффициент теплопроводности титана в 4 раза меньше коэффициента теплопроводности стали, в 5 раз больше электрическое сопротивление, меньшая теплоемкость, следовательно, тратится меньше энергии. Вследствие низкого коэффициента теплопроводности, линейного расширения и модуля упругости остаточные напряжения в сварных соединениях титана меньше предела текучести и составляет для большинства титановых сплавов (0,6–0,8)_0,2 основного металла. Следовательно, сварные конструкции из титановых сплавов не столько подвержены разрушению от напряжений, нежели стали. Наиболее высокие напряжения в однофазных  или  – титановых сплавов.

Высокий коэффициент поверхностного натяжения титана в сочетании с малой вязкостью в расплавленном состоянии увеличивает опасность прожогов и вызывает необходимость более тщательной сборке деталей под сварку по сравнению с аналогичными деталями из сталей.

Меры борьбы с прожогами:

• Жесткие требования при сборке под сварку;

• В отличии от сталей, детали разрезают только механическим путем. Если применяют плазменную резку, то перед сваркой производится механическая обработка кромок. Если применяют газовую резку, то её производят на повышенных скоростях и одновременным снижением мощности подогревающего пламени, так как более интенсивно выделяется тепло в зоне реза, поэтому сварные соединения, выполненные после газовой резки, обладают более низкой пластичности и склонны к растрескиванию. Затраты на снятие этого слоя очень велики, поэтому для ответственных сварных соединений газовую резку не применяют.

В зависимости от толщины свариваемого металла сварку производят без разделки, либо с V и U, X – образными разделками. В ряде случаев используют замковые соединения.

Сварку производят после того, как снимают газонасыщенный (альфинированный). Удаление альфинированный с применением травителей:

1. Предварительное рыхление альфинированного слоя дробеструйной или пескоструйной обработкой;

2. Производят травление в растворе, содержащий 40% плавиковой кислоты HF + 40% HNO₃ + 20% H₂O. Увеличение времени травления выше оптимальной (25 секунд) приводит к взрыхлению поверхностного слоя металла, увеличивает сорбцию ингредиентов среды, увеличивает парообразование при сварке;

3. Зачистка кромок на участке шириной 10 – 15 миллиметров с каждой стороны металлическими щетками, но лучше шаберами для удаления тонкого слоя металла, насыщенного водородом при травлении.

Механическое удаление альфинированного слоя лучше, но более дорогостоящее.

Перед началом сборочно-сварочных работ необходимо очистить и обезжирить органическими растворителями (бензин марки «калоша», для ответственных конструкций – спирт).

Технология обезжиривания: промывание свариваемых кромок к прилегающим к ним участков на ширину не менее 20 миллиметров бязью, капроновыми или волосяными щётками и последующая промывка этиловым спиртом – ректификатором.

Особенности сборки:

1. Так как высокий коэффициент поверхностного натяжения и жидкотекучести необходимо высокое качество сборки;

2. Недопустимы правка и подгонка деталей и использование местного нагрева газовым пламенем;

3. Правка и подгонка в холодном состоянии затруднена, в связи с значительным пружинением титана;

4. Необходима надежная защита шва от воздействия с обратной стороны шва, даже при выполнении прихваток;

В качестве присадочной проволоки используют холоднотянутую проволоку и прутки, изготовленных из листового металла. Состав присадки приблизительно равен составу основного металла. Сварочную проволоку из титана и его сплавов изготавливают диаметром 0,8 – 7,0 мм. Проволоку подвергают вакуумному отжигу.

При соблюдение требований к качеству исходного материала и подготовки под сварку свариваемость титановых сплавов можно охарактеризовать:

• Высокопластичные титановые сплавы ВТ4, ВТ1, ВТ10, АТ2 – обладают хорошей свариваемостью в среде аргона.

• Средней прочности различна: ВТ5, ВТ5–1 обладают хорошей свариваемостью различными способами; АТ3, АТ4, ВТ4, ВТ20, СТ5, ОТ4–2 – хорошая свариваемость, но прочность и пластичность сварных соединений снижается на 5 – 10%; сплавы типа ВТ6 обладают удовлетворительной свариваемостью.

• Высокопрочные сплавы титана обладают удовлетворительной свариваемостью. Пример: ВТ15, ВТ14 применяются в термически упрочнённом состоянии, поэтому оптимальные свойства сварных соединений достигаются только после термической обработки всей сварной конструкции.