Оценка свариваемости материала изделия

Под свариваемостью понимается свойство металлов или их сочетания образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленных конструкцией и условиями эксплуатации изделия.

Свариваемость определяется свойствами металла, способом и режимом сварки, составом и свойствами присадочной проволоки, покрытий электродов, флюсов, защитных газов, а так же конструктивными особенностями изделия.

Трудности сварки титановых сплавов обусловлены следующими факторами:

1) Высокая химическая активность титана к газам (кислороду, азоту и водороду) при высоких температурах требует обеспечения надежной за­щиты от газов атмосферы не только металла сварочной ванны, но и основ­ного металла, нагревающегося до температуры 400 °С и выше. При температурах нагрева выше 350°С титан поглощает кислород с образованием поверхностного (альфированного) слоя высокой твердости Ti + О₂ = ТiO₂. При на­греве до температур выше 550°С титан растворяет азот, химически взаи­модействует с ним, образуя малопластичные фазы внедрения (нитриды):

2Ti + N₂ = 2TiN или 6Ti + N₂ = 2Ti₃N.

Попадание частиц альфированного слоя в сварной шов резко снижает его пластичность.

Водород даже при очень малом содержании резко ухудшает свойст­ва титана. Хотя с увеличением температуры растворимость водорода снижается, водород, выделяющийся из пересыщенного твердого рас­твора, образует отдельную фазу – гидриды титана, которая сильно охрупчивает титан, способствует образованию холодных трещин и пор. Поэтому сварку необходимо производить в среде защитных газов (аргона, гелия) высокой чистоты, под специальными флюсами или в вакууме.

После сварки необходимо производить термическую обработку для снятия остаточных внутренних напряжений.

Влияние содержания кислорода и азота в титане на его свойства показано на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2.– Влияние содержания кислорода и азота в титане на его свойства в % от исходного состояния

2) Низкая теплопроводность титана при сварке вызывает перегрев метал­ла шва и околошовной зоны, что способствует росту размера зерна β - фазы на стадии нагрева и образованию хрупких фаз при охлаждении и старении. Поэтому не­обходима оптимизация режимов сварки, которая выражается в увеличении погонной энер­гии для a и псевдо-a-сплавов и в снижении погонной энергии для (a+b)-сплавов. Целесообразно использовать более концентрированные сварочные источники энергии (электронный и лазерный лучи);

3) Образование пор в кристаллизующемся металле сварного шва связано в основном с выделением водорода, который был поглощен ти­таном из адсорбированной влаги на присадочном металле, во флюсе или из атмосферы при нарушении защиты. Поры, располагаясь в виде цепоч­ки в сварном шве, приводят к снижению статической и динамической прочности сварного соединения. Поэтому требуется постоянная защита сварного соединения с обеих сторон;

4) Образование холодных трещин в титановых сплавах вызывается повышенным содержанием водорода в сочетании с высоким уровнем внутренних напряжений. Поэтому необходимо принимать меры по предотвращению наводораживания металла сварного соединения при сварке и эксплуатации и меры по снижению остаточных сварочных напряжений;

5) В результате сварочного термодеформационного воздействия сварные соединения титановых сплавов могут обладать существенной неоднородностью свойств. Поэтому для них следует выполнять послесварочную термическую или термомеханическую обработку.

Описание перечня возможных способов сварки изделия и выбор проектных вариантов сварки

Из способов сварки плавлением для титана и его сплавов находят наибольшее применение следующие:

- аргонодуговая сварка

- плазменная

- сварка под флюсом

- электронно-лучевая сварка

- лазерная сварка.