Сварка титана

Введение в сварку титана

Титановые сплавы широко используются в аэрокосмической, медицинской технике, автомобильных выхлопных системах, химическом оборудовании и других областях благодаря отличному соотношению прочности к весу, отличной коррозионной стойкости и хорошей биосовместимости. Сварка титаном, как основная технология в процессе производства титанового сплава, напрямую влияет на структурную целостность и эксплуатационные характеристики продукта. Поскольку титан чрезвычайно чувствителен к кислороду и азоту, процесс сварки должен проводиться под защитой инертного газа высокой чистоты, чтобы обеспечить качество сварного шва и свойства материала.

Выбор правильного метода сварки и оборудования является ключом к достижению эффективной и точной сварки титана. Будь то ручная сварка или автоматизированное производство, технология сварки титана требует от оператора профессиональных знаний и богатого опыта, а также оснащения передовым сварочным оборудованием и вспомогательными инструментами.

Трудности при сварке титановых сплавов

Титановые сплавы широко используются в аэрокосмической, химической, медицинской и высокотехнологичной отраслях промышленности благодаря отличному соотношению прочности к весу, коррозионной стойкости и высоким температурным характеристикам. Тем не менее, процесс сварки титановых сплавов сталкивается со многими техническими проблемами, особенно в области контроля качества сварки и структурных характеристик. Ниже приведены наиболее распространенные трудности при сварке титановых сплавов:

Высокотемпературное окисление и загазованность

Титан легко реагирует с кислородом, азотом, водородом и другими газами при высоких температурах, образуя хрупкий слой, из-за чего сварной шов становится хрупким, обесцвечивается или даже выходит из строя. Если защитный газ нечистый или сварной шов подвергается воздействию воздуха во время сварки, часто происходит обесцвечивание синего, фиолетового, серого или даже белого цвета – это типичный признак окисления сварного шва. Таким образом, контроль чистоты и покрытия защитной атмосферы является одним из ключевых шагов для обеспечения качества сварных швов.

Термические трещины и деформация швов

Титановый сплав имеет малый коэффициент линейного расширения и низкую теплопроводность. Во время сварки тепло концентрируется, а скорость охлаждения высокая, что может легко вызвать термическое напряжение и трещины в сварном шве и зоне термического влияния. Особенно при сварке плит и тонкостенных труб деформация сварки с большой вероятностью может произойти из-за локального перегрева или неравномерного охлаждения.

Изменения металлографической структуры сварного шва

Сварочные термические циклы могут легко привести к укрупнению зоны сварки титанового сплава, особенно титановых сплавов α+β (таких как Ti-6Al-4V), что приведет к образованию твердых и хрупких фаз из-за трансформации структуры после сварки, снижая ударную вязкость и усталостные характеристики конструкции. Для сосудов под давлением или авиационных компонентов, которые должны служить в течение длительного времени, металлографический контроль сварных швов особенно важен.

Разнородные металлические сварочные барьеры

Прямая сварка между титаном и другими металлами, такими как сталь, нержавеющая сталь и алюминий, склонна к образованию хрупкого слоя интерметаллидного соединения, что приводит к ухудшению механических свойств соединения. Такие разнородные металлические соединения обычно требуют введения промежуточных переходных материалов или использования специальных методов сварки, таких как взрывная сварка, лазерная сварка и диффузионная сварка, для достижения надежного соединения.

Требования к подготовке и очистке перед сваркой

В процессе сварки титанового сплава качество предварительной подготовки напрямую определяет успех или неудачу сварки. Даже если используется современное сварочное оборудование и разумные параметры процесса, если предварительная обработка не проводится, это все равно приведет к появлению дефектов, таких как загрязнение сварного шва, поры и даже шлаковые включения, что повлияет на общие характеристики конструкции. Ниже приведен процесс подготовки, который необходимо строго соблюдать перед сваркой:

Очистка сварочных участков

Титановые сплавы чрезвычайно чувствительны к загрязнениям. Перед сваркой необходимо удалить масло, влагу, оксидную накипь и другие загрязнения в зоне сварки и не менее 25 мм вокруг нее:

Механическая очистка

Для шлифовки можно использовать проволочную щетку из нержавеющей стали, наждачную шкурку или безмасляный токарный инструмент, чтобы на поверхности не было видимой оксидной пленки.

Химическая чистка

Чистящее средство, не содержащее хлора, или безводный этанол часто используется для протирки зоны сварки и поддержания ее в сухом состоянии.

Требования к перчаткам и инструменту

Операторы должны носить неопудренные нитриловые перчатки, а все инструменты и приспособления, контактирующие с титаном, должны быть чистыми и обезжиренными во избежание загрязнения.

Подготовка сварочной проволоки и присадочного материала

Используемая сварочная проволока или электрод должны соответствовать основному материалу и гарантировать, что они чистые, сухие и не содержат масла. Обычно рекомендуется использовать специальную титановую сварочную проволоку (например, ER Ti-2, ER Ti-5) и протирать ее безводным этанолом перед использованием.

Инспекция системы газовой защиты

При использовании аргона или гелия в качестве защитного газа убедитесь, что чистота газа составляет ≥99,99%, и избегайте использования переработанного газа или промышленного газа низкой чистоты. Защитный газ должен проветриваться в течение 20-30 секунд перед сваркой, чтобы удалить остаточный воздух в системе и убедиться в отсутствии утечки в трубопроводе подачи газа.

Процесс предварительной установки и точечной фиксации

Для больших титановых конструкций или тонкостенных титановых деталей перед сваркой следует использовать точечную сварку или позиционирование приспособления, чтобы обеспечить точность сборки соединения и избежать колебаний качества сварного шва из-за зазоров при сборке или несоосности.

Распространенные методы сварки титановых сплавов

Выбор метода сварки титановым сплавом зависит от таких факторов, как размер заготовки, требования к качеству сварного шва, эффективность производства и окружающая среда. Ниже приведены несколько технологических решений для сварки, которые широко используются и доказали свою надежность в промышленности:

Сварка TIG (сварка вольфрамом в инертном газе)

Сварка TIG является наиболее часто используемым методом сварки титановых сплавов, особенно тонких пластин, труб и мест с высокими требованиями к сварным швам. Этот метод выполняется под защитой высокочистого газообразного аргона, со стабильным качеством сварного шва и небольшой деформацией, и особенно подходит для задач прецизионной сварки, таких как титановые выхлопные трубы, аэрокосмические компоненты и медицинские имплантаты.

С помощью специального оборудования, такого как титановая TIG 200 и система управления ножной педалью TIG, интенсивность течения и форма бассейна расплава могут быть точно отрегулированы для улучшения управляемости и стабильности формования.

Лазерная сварка

Лазерная сварка известна своей высокой плотностью энергии и чрезвычайно малой зоной термического влияния, а также подходит для сварки микроустройств и конструкционных деталей со строгими требованиями к деформации. Его бесконтактные, высокоскоростные и точные характеристики делают его подходящим для автоматизированных производственных линий, таких как микроэлектроника, медицинское оборудование и другие области.

Лазерная технология также может применяться в сценариях сварки разнородных металлов, таких как прецизионное соединение титана с нержавеющей сталью или алюминием. Рост реакционного слоя границы раздела можно эффективно контролировать путем оптимизации параметров.

Сварка MIG (сварка металлов в среде инертного газа)

Сварка MIG подходит для соединения толстостенных титановых конструкционных деталей на большой площади и обладает высокой эффективностью наплавки, но при этом предъявляет чрезвычайно высокие требования к полю потока защитного газа и управлению технологическим процессом.

Если процесс стабильный и газозащита хорошая, сварка MIG также может использоваться в качестве одного из вспомогательных средств для массового производства титановых сплавов.

Вакуумная электронно-лучевая сварка

Он подходит для соединения деталей из титанового сплава с высокой точностью и высокими требованиями к плотности, таких как компоненты авиационных двигателей, аэрокосмическое оборудование и т. Д.

Вакуумная электронно-лучевая сварка выполняется в вакуумной среде, что позволяет избежать помех от примесей в воздухе. Внутренние дефекты сварного шва чрезвычайно низкие, но стоимость высока, а требования к оборудованию высоки. Он часто используется в высокотехнологичных производственных областях.

Разнородные сварочные решения для титановых сплавов и обычных металлов

Разнородная сварка титановых сплавов и других металлов (таких как нержавеющая сталь, алюминий, углеродистая сталь и т. д.) сталкивается со значительными металлургическими проблемами. Поскольку титан легко образует хрупкие интерметаллиды с другими металлическими элементами (такими как Fe и Al) при высоких температурах, прямая сварка плавлением обычно приводит к низкой прочности соединения и высокой склонности к образованию трещин. Решение этой проблемы требует совместного использования нескольких передовых сварочных процессов и методов проектирования конструкций.

Сварка промежуточных переходных слоев

Добавление переходных металлов, таких как молибден, никель и медь, в качестве промежуточного слоя, эффективно изолирует прямую реакцию между титаном и другими металлами, что позволяет избежать образования хрупких соединений. Эта технология подходит для таких комбинаций, как титан-сталь и титан-нержавеющая сталь, и часто используется при изготовлении сосудов под давлением и теплообменников.

Сварка взрывом (взрывное компаундирование)

Мгновенное высокое давление, создаваемое волной взрыва, используется для содействия контакту с металлом на границе раздела, образуя металлургическую связь в неплавящемся состоянии. Он широко используется в производстве композитных конструкционных материалов, таких как композитные пластины из титановой стали.

Диффузионная сварка

Атомно-диффузионное соединение достигается за счет длительного давления в высокотемпературной вакуумной среде. Он подходит для случаев с чрезвычайно высокими требованиями к структурной целостности и плотности сварных швов, таких как космические капсулы, компоненты теплообмена и т. д.

Лазерная сварка

Высокая точность и низкое тепловложение лазерной сварки делают ее предпочтительной при сварке разнородных металлов, таких как титан и нержавеющая сталь, титан и алюминий и т. д. Контролируя фокусировку и параметры лазера, можно точно контролировать толщину реакционного слоя.

Пайка и холодная сварка

Подходит для подключения небольших прецизионных устройств, таких как электронные компоненты, медицинские катетеры и т.д. Пайка обычно сочетает в себе тонкую металлическую фольгу или порошок для достижения соединения при средней температуре; Холодная сварка подходит для гибких контактных интерфейсов.

От титана к нержавеющей стали

Обычно используется для химического и медицинского оборудования, подходит для промежуточной, лазерной или диффузионной сварки.

От титана к алюминию

Идеально подходит для легких конструкций и теплообменников; Рекомендуется сварка взрывом, пайка или холодная сварка давлением.

Титан к стали

Обычно используется в композитных панелях и опорах, соединенных с помощью взрывоопасного композита или технологии промежуточных слоев.

Контроль качества и меры предосторожности при сварке титановых сплавов

Контроль качества имеет решающее значение при сварке титановых сплавов. Поскольку титан очень чувствителен к таким газам, как кислород и азот, любая незначительная ошибка в работе может привести к охрупчиванию сварного шва, обесцвечиванию или снижению прочности. Ниже приведены ключевые контрольные точки для обеспечения качества сварки:

Очистка и подготовка к сварке

Титановая поверхность должна быть полностью очищена от масла, оксидного слоя и остатков отпечатков пальцев. Рекомендуется использовать чистящее средство без хлора и механическую шлифовку, а затем протереть беспыльной тканью. Сварочная проволока и поверхность заготовки должны содержаться в чистоте, чтобы избежать попадания загрязнений в сварной шов.

Совет: Загрязнение является основным фактором, вызывающим дефекты сварки. Перед сваркой операцию следует проводить в максимально чистом и закрытом помещении.

Крышка с защитным газом

Используйте аргон высокой чистоты (чистота ≥ 99,999%) в качестве защитного газа и убедитесь, что зона сварки всегда покрыта аргоном перед охлаждением, включая заднюю часть сварного шва (обратная защита). При сварке TIG следует использовать специальный для титана газовый диффузор или систему обратного перетаскивания горелки, чтобы избежать обесцвечивания и окисления сварного шва.

Выбор сварочного присадочного материала

При сварке титанового сплава должны использоваться присадочные металлы, которые соответствуют исходному материалу или совместимы с ним. К распространенным присадочным проводам относятся ЭРТи-2, ЭРТи-5, ЭРТи-23 и т.д. При выборе следует всесторонне учитывать тип исходного материала, структурные требования и условия использования, чтобы избежать разрушения, вызванного несоответствием прочности или концентрацией напряжений.

Стабильность работы и технологического процесса

Обеспечение стабильности сварочного тока, напряжения и скорости сварки, а также точная регулировка с помощью ножных элементов управления (например, ножных педалей TIG) могут эффективно улучшить стабильность сварки. Автоматизированные или механизированные системы также могут обеспечить более стабильное качество сварки при массовом производстве.

Цвет сварки и оценка сварного шва

Цвет сварного шва является важным показателем внешнего вида для оценки качества сварки титанового сплава. Серебристо-белый или золотисто-желтый цвет обычно указывает на достаточное количество защитного газа и хороший контроль процесса сварки, в то время как голубовато-фиолетовый, серый или темный цвета могут указывать на чрезмерное окисление или отказ защиты. Это изменение цвета отражает, загрязнен ли процесс сварки кислородом, азотом и другими элементами воздуха.

Поскольку титан чрезвычайно чувствителен к атмосфере при высоких температурах, цвет сварного шва становится одним из основных критериев для быстрого определения квалификации сварного шва на месте. Хотя цвет сварного шва не может в полной мере отражать прочность сварки или внутренние дефекты, в реальной эксплуатации он является первой контрольной точкой, обеспечивающей эффективность защиты от сварки.

Эталонные стандарты: AWS D17.1 и AMS 2801 имеют четкие марки для цветов титановых сварных швов и могут использоваться в качестве эталона качества производства.

Отображение оборудования для сварки титановых сплавов и технологических возможностей

Мы оснащены полной технологической системой сварки титановых сплавов и передовым оборудованием, охватывающим множество распространенных методов сварки, включая сварку TIG, лазерную сварку, диффузионную сварку и т. Д., Которые могут удовлетворить различные потребности от единичных образцов до массового производства.

Оборудование для сварки титана TIG и конфигурация

Мы используем сварочные системы TIG, оптимизированные для титановых материалов. Представительское оборудование включает в себя титан TIG 200 и другие высокочастотные модели импульсного управления, обладающие следующими особенностями:

• Стабильные низкоточные характеристики зажигания дуги, подходящие для прецизионной сварки
• Динамическая регулировка тока с помощью ножной педали TIG
• Оснащен эффективной системой водяного охлаждения и защитой от буксировки инертным газом для предотвращения окисления в зоне термического влияния

Система лазерной сварки

Станция лазерной сварки поддерживает сварку с высокой плотностью энергии и подходит для сварки микротитановых компонентов или деталей из разнородных металлических композитных материалов:

• Оснащен высокоточной сервоплатформой и системой фокусировки луча
• Достижение низкой деформации и высокой стабильности автоматизированной работы
• Особенно подходит для лазерной сварки интерфейсов из титана и нержавеющей стали

Специальные сварочные и вспомогательные процессы

Мы также обладаем следующими специальными возможностями в области сварочных и соединительных технологий

Диффузионная сварка и сварка взрывом

Для композитных панелей или разнородных металлоконструкций

Вакуумная сварка для защиты от окружающей среды

Подходит для контроля качества сварки ключевых компонентов

Небольшие процессы пайки и холодной сварки

Подходит для изготовления прецизионных деталей и образцов

Все оборудование оснащено системой мониторинга технологического процесса и может обеспечивать регистрацию параметров сварки, сертификацию третьей стороной и возможность отслеживания процесса, чтобы гарантировать контролируемость процесса сварки и надежность результатов.

Поддержка и сервисные преимущества для сварки халькотитана по индивидуальному заказу

Являясь профессиональным поставщиком материалов из титановых сплавов, Chalcotitanium не только поставляет титановые изделия различных марок и спецификаций, но и имеет возможности вспомогательного обслуживания для поддержки клиентов в процессе сварки и производстве готовой продукции. От выбора материала, анализа пригодности для сварки до совместного подбора производственных ресурсов — мы стремимся помочь клиентам добиться высококачественной и эффективной сварки титановых сплавов.

Выбор титанового материала и предложения по адаптации к сварке

• Предоставьте сырье из титанового сплава, подходящее для различных методов сварки, таких как TIG, лазер, диффузионная сварка, сварка взрывом и т. Д.
• Рекомендации по подходящим типам титановых материалов, состояниям и методам обработки поверхности в соответствии со структурой продукта заказчика и требованиями к процессу сварки
• Мы можем предоставить титановую проволоку, титановый стержень и другие вспомогательные материалы для сварки, чтобы обеспечить однородность материала и совместимость сварных швов

Помощь в обработке готовой продукции и интеграция технических ресурсов

• Поддержка проверки образцов небольших партий, разработка сварочных деталей по индивидуальному заказу и другие модели сотрудничества по проектам
• Предоставление предложений по адаптации сварочного процесса в соответствии с отраслью применения (например, химическая, медицинская, авиационная)

Технический консалтинг и долгосрочное сопровождение проекта

Мы предоставляем технические консультационные услуги, связанные со сваркой титановых сплавов, охватывающие такие распространенные проблемы, как контроль трещин при сварке, реакция на термическую деформацию и улучшение качества сварных швов. В то же время, для крупносерийных или высококачественных проектов мы можем сотрудничать с клиентами для проведения предварительной подготовки, такой как адаптация стандартов материалов и проверка сварочных характеристик, а также поддерживать индивидуальную разработку специальных решений из титановых материалов для специальных процессов (таких как сварка взрывом, пайка и т. д.). Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения профессиональной консультации и материальной поддержки, которые помогут вам эффективно продвинуть ваш проект по сварке титанового сплава.