Титан - металл мечты любого инженера. Он не уступает по прочности стали, но при этом на 45% легче, и обладает почти сверхъестественной устойчивостью к коррозии. Однако для сварщика, которому поручено его соединять, титан может быстро превратиться в кошмар.
В отличие от стали или алюминия, титан обладает уникальным и опасным свойством при высоких температурах: он действует как “Универсальный геттер”. Когда металл нагревается выше 800°F (427°C), он ведет себя как губка, агрессивно поглощая кислород, азот и водород из атмосферы. Если это поглощение происходит, сварной шов не просто выглядит некрасиво, он превращается в “альфа-кейс” - хрупкую, стеклоподобную структуру, которая неизбежно трескается под нагрузкой.
Сварка титана - это не только скорость работы рук или контроль над лужами; это в первую очередь упражнение в экологический контроль. Изготавливаете ли вы на заказ выхлопную трубу для гоночного автомобиля или свариваете трубопроводы класса 2 для химического завода, физика остается неизменной. В этом руководстве рассматриваются критические шаги, необходимые для получения идеального серебряного шва и предотвращения дорогостоящего брака.
Навязчивая подготовка (правило “белых перчаток”)
Если вы подойдете к титана с использованием тех же методов, что и для нержавеющей стали, Вы уже потерпели неудачу. Успешная сварка титана почти полностью определяется тем, что происходит до дуги. Вы должны придерживаться принципа “чистого помещения”, независимо от того, где вы работаете - в аэрокосмическом ангаре или в производственном цехе.
Процесс начинается с химическая чистота. Перед механическим истиранием основной металл должен быть тщательно протерт промышленный ацетон или метилэтилкетоном (MEK). Этот шаг не является обязательным, поскольку механическая очистка может загнать поверхностные масла глубоко в поры металла, если их предварительно не удалить. Кроме того, сама присадочная проволока часто является скрытым источником загрязнения. Стержни присадочной проволоки, хранящиеся на складе, накапливают пыль и окислы. Опытные профессионалы перед сваркой всегда протирают проволоку тряпкой, смоченной ацетоном, и вы будете шокированы тем, что на ней часто остается черный налет.
После завершения химической очистки необходимо удалить оксидный слой с помощью специальных инструментов. Можно использовать проволочную щетку из нержавеющей стали или твердосплавные боры, но со строгими оговорками: эти инструменты никогда не должны были касаться углеродистой стали. Щетка, которой ранее чистили сталь, впечатает микроскопические частицы железа в титан, создавая очаги коррозии. С этого момента действует “правило белых перчаток”. Работать с деталью следует только в чистых нитриловых перчатках без ворса. Даже простой отпечаток пальца содержит достаточно масла, чтобы вызвать пористость и разрушение сварного шва.
Настройка оборудования и стратегия “Большой кубок”
Вы не нужна лазерная установка за миллион долларов для сварки титана, Но стандартная конфигурация TIG, подходящая для стали, скорее всего, не сработает. Успех заключается в оптимизации аппарата и горелки для максимального охвата газом.
Процесс сварки должен быть DC TIG (GTAW) используя DCEN (электрод постоянного тока отрицательный) полярность. При этом тепло концентрируется в заготовке, а не в вольфраме, что позволяет сохранить узкий профиль шва. Высокочастотный (ВЧ) запуск обязательно; никогда не используйте “scratch start” или “lift arc”, так как прикосновение вольфрама к титану приводит к мгновенному загрязнению.
Необходимость “Большого кубка”: Стандартный цанговый корпус большинства горелок создает турбулентный поток газа, который втягивает кислород в экран. Вам необходимо перейти на газовая линза система для организации аргона в ровный столб ламинарного потока. Кроме того, стандартные керамические чашки (размер #6 или #8) слишком малы. Чтобы защитить реактивную титановую лужу, необходим широкий газовый зонт. Секрет индустрии заключается в использовании Чашка #12, #14 или #16 (ID 1 дюйм)-часто называемые “чашки BBW”. Такая большая площадь покрытия - лучшая страховка от окисления.
Искусство полного экранирования
При сварке титана дуга - это самое простое. Настоящей проблемой является защита горячего металла после дуга погасла. Поскольку титан остается реактивным до тех пор, пока не остынет ниже 800°F, вы должны думать о трех различных уровнях защиты.
1. Первичный щит (Факел) Первая линия защиты - это ваша горелка. При больших размерах чашек, рекомендованных выше, стандартная скорость потока (15-20 CFH) недостаточна. Вам необходимо увеличить расход до 30-40 CFH чтобы обеспечить устойчивость ламинарного потока.
2. Прицепной щит (хвост) Когда ваша горелка движется вперед, горячий металл, находящийся за ней, подвергается воздействию воздуха, пока его температура еще выше критического порога в 800°F. Для более длительных сварочных работ можно использовать прицепной щит Часто возникает необходимость в использовании насадки. Это устройство крепится к горелке и следует по пути сварки, покрывая остывающий металл аргоном до тех пор, пока он не станет безопасным.
3. Обратная очистка (Корень) Кислород атакует со всех сторон. При сварке трубок или труб внутренняя часть должна быть полностью продута аргоном. Алюминиевая лента - эффективный инструмент для герметизации концов труб, чтобы задержать газ.
Сайт “Реальность ”плохого танка": В идеале вы должны стремиться к чистоте 99,999% (класс 5,0). аргон. В то время как 99.995% является абсолютным минимальным промышленным стандартом, имейте в виду, что небольшие баллоны для владельцев часто циклируются реже и могут содержать примеси. Если ваша установка идеальна, но вы все равно получаете синие сварные швы, виновником может быть баллон. Кроме того, перейдите на Тефлоновые или оплеточные шланги; стандартные резиновые шланги со временем могут впитывать влагу, повышая точку росы газа и загрязняя экран.
Исполнение и параметры
Прежде чем прикоснуться к дорогостоящей заготовке, выполните один ритуал, который сэкономит тысячи долларов на ломе: Точечный тест.
Никогда не доверяйте подаче газа вслепую. Перед сваркой возьмите кусок очистить титановый лом и проведите несколько точечных закрепок. Если место яркое серебро, ваша система готова. Если вы видите “радужный ореол”, синий оттенок или помутнение, СТОП. У вас утечка газа, влага в трубопроводах или плохая партия газа. Не продолжайте работу до тех пор, пока точечный тест не будет выполнен идеально.
Обман параметров сварки Листовой титан обычно требует меньше тепла, чем сталь. Цель состоит в том, чтобы сваривать как можно более холодным способом.
| Толщина материала | Сила тока (DCEN) | Расход газа в факеле* | Размер наполнителя/вольфрама |
|---|---|---|---|
| 0,040″ (1,0 мм) | 30 - 50 A | 30 - 35 CFH | 1/16″ (1,6 мм) |
| 0,063″ (1,6 мм) | 50 - 80 A | 30 - 40 CFH | 1/16″ (1,6 мм) |
| 0,125″ (3,2 мм) | 90 - 120 A | 35-45 CFH | 3/32″ (2,4 мм) |
Важное замечание: Эти скорости потока (30-45 CFH) специально откалиброваны для Большие газовые линзы #12 - #16. Если вы вынуждены использовать стандартную чашку #8 (не рекомендуется), уменьшите поток до 15-20 CFH, чтобы избежать турбулентности.
Совет профессионала: Трюк “Двойной послепотоковый поток” Титан долго держит тепло. Если таймер окончания подачи газа в вашем аппарате заканчивается до того, как металл остынет (стандартные 10 секунд часто недостаточны для толстых деталей), кратковременно нажмите на педаль, чтобы снова включить газовый клапан без образования дуги. Держите горелку неподвижно над концом сварного шва, пока цвет не станет безопасным.
Вердикт (визуальный осмотр)
В мире титана, Цвет - это ваш табель успеваемости. Цвет сварного шва и зоны термического влияния (ЗТВ) точно говорит о том, сколько оксида было поглощено в процессе сварки.
- 🥈 Серебро (яркий хром): PERFECT. Экранирование сохранялось до тех пор, пока металл не остывал ниже температуры реакционной способности. Такой уровень совершенства свидетельствует о максимальной прочности и пластичности.
- 🌾 Светлая солома/золото: Приемлемо. Это указывает на незначительное окисление поверхности. Для большинства промышленных и коммерческих применений это пропуск, и цвет можно удалить с помощью пада Scotch-Brite.
- 🔵 Синий/фиолетовый: Рисковать/Отказываться. Значительное окисление. Экран был удален слишком рано или покрытие газом было недостаточным. Для аэрокосмической отрасли это серьезная неудача. В других областях применения свойства материала ухудшаются.
- ⚪️ Белые / серые хлопья: SCRAP. Это “Альфа-кейс”. Металл превратился в хрупкую керамику. Исправить это невозможно; необходимо вырезать и переделать всю сварную секцию.
Применение в реальном мире
Овладеть дугой - это одно, а применить ее в полевых условиях - совсем другое. Определение “хорошего сварного шва” часто меняется в зависимости от отраслевой специфики.
Автомобильные характеристики: Пирог Вызов ”Cut" При изготовлении титана При изготовлении выхлопных и впускных труб основное внимание часто уделяется искусству “вырезания пирога” - сварке сложных изгибов из нескольких сегментов. Наибольший риск здесь представляет внутреннее “засахаривание”, вызванное плохой обратной продувкой. Хотя снаружи они могут выглядеть как идеальный ряд монет, внутреннее окисление создает турбулентность и приводит к растрескиванию под действием вибрации.
Химическая и промышленная промышленность: Соответствие требованиям на местах Для химических заводов, работающих с агрессивными средами, такими как хлор, титан выбирают за долговечность. В этой области сварка часто выполняется в полевых условиях с использованием локальных продувочных камер (полиэтиленовых палаток), которые делают условия похожими на чистую комнату. Встреча ASME B31.3 Стандарты имеют первостепенное значение, а цвет - это строго требование соответствия, а не эстетическое.
Морские и оффшорные работы: Борьба с щелевой коррозией Специализированные приложения часто требуют Класс 12 (Ti-0,8Ni-0,3Mo) или 7 класс для предотвращения щелевой коррозии в узких местах, таких как фланцы. Изготовители должны следить за тем, чтобы использовать соответствующую присадочную проволоку; использование обычной проволоки ERTi-2 на фланце Grade 12 приведет к разбавлению сплава, создавая слабое место, где неизбежно начнется коррозия.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос: Можно ли сварить титана к нержавеющей стали?
A: Нет, их нельзя сваривать TIG напрямую. Титан и железо образуют хрупкие интерметаллические соединения, которые сразу же растрескиваются при охлаждении. Чтобы соединить эти разнородные металлы, необходимо использовать механическое соединение (фланцы) или специализированное переходное соединение с взрывной связью.
Вопрос: Является ли Титан сложнее сваривать, чем нержавеющую сталь?
A: Технически манипуляции с лужей очень похожи на работу с нержавеющей сталью; расплавленный бассейн на самом деле довольно текуч и легко поддается контролю. Сложность“ заключается исключительно в дисциплина требуемых для чистоты и экранирования. Если у вас есть плохая привычка окунать вольфрам или поднимать резак слишком рано, титан мгновенно накажет вас.
В: Как удалить синее пятно?
A: Это зависит от глубины окисления. Светло-соломенный цвет часто можно удалить проволочной щеткой из нержавеющей стали или подушечкой Scotch-Brite. Однако глубокий синий или фиолетовый цвет указывает на то, что окись проникла в поверхность. Для критически важных деталей аэрокосмического назначения это означает отбраковку. Для некритичных коммерческих деталей май вы сможете отшлифовать его до получения блестящего серебристого металла, но вы должны убедиться, что не осталось ни одного альфа-корпуса.
Вопрос: Почему мой вольфрам становится синим или фиолетовым?
A: Это признак недостаточной После потока. Ваш вольфрам все еще горячий, когда аргон перестает поступать, позволяя кислороду воздействовать на него. Увеличьте время после подачи аргона (15+ секунд) или используйте трюк “Двойная подача после подачи”, о котором говорилось ранее. Загрязненный вольфрам вызовет нестабильную дугу и блуждание.
Заключение: Уважайте процесс
Сварка титан в конечном итоге испытание терпения и дисциплины. Часто говорят, что процесс 10% сварка и подготовка 90%. Если вы придерживаетесь строгих протоколов очистки, инвестируете в правильные установки газовых линз и следите за качеством защитного газа, титан вознаградит вас невероятно прочным, легким и долговечным компонентом.
Однако создание специальной титановой чистой комнаты и квалификация сварщиков по стандартам ASME требует больших затрат времени и капитала.
Если вам требуются высокоточные титановые компоненты - для автомобильных проектов или критически важных промышленных трубопроводов, - вы можете не бояться проб и ошибок, HonTitan готова помочь. Мы предлагаем специализированные услуги по изготовлению, предоставляя сертифицированные, прошедшие рентгеновские испытания и готовые к установке титановые решения, отвечающие специфическим требованиям вашей отрасли.
Ссылки и дальнейшее чтение
Для получения более подробной информации о стандартах, нормах и методах, рассматриваемых в данном руководстве, обратитесь к следующим ресурсам:
TWI Global: Сварка титана и его сплавов (знание профессии 109) - Технические данные по реакционной способности титана и его свойствам “геттера”.
Советы и рекомендации по сварке: TIG-сварка титана: Плохая реальность - Устранение неполадок в реальных условиях и практические советы по экранированию.
Фабрикант: Факты о сварке титана - Углубленное обсуждение критериев приемки цвета AWS D1.9.
ASME: Кодекс по технологическим трубопроводам B31.3 - Стандарт для химических и промышленных трубопроводных систем.
