3. Титан і титанові сплави

Титан і титанові сплави мають високу корозійну стійкість проти окислювання на повітрі і в багатьох агресивних середовищах, добре обробляються всіма видами обробки тиском, зберігають високі міцностні характеристики до 500-600°С, мають низьку питому вагу, завдяки чому використовуються в авіабудуванні і ракетній техніці, хімічному машинобудуванні і т.і.

Згідно з ГОСТ 19807-91 на титан і його деформовані сплави маркування здійснюється таким чином: ВТ1-00 (0,08% Si; 0,15% Fe; решта Ti), ВТ1-0 (0,10% Si; 0,25% Fe; решта Ti), ОТ4-1 (1,5-2,5% Al; 0,30% Zr; 0,7-2,0% Mn; 0,12% Si; 0,30% Fe; решта Ti), ВТ5 (4,5-6,2% Al; 1,2% V; 0,8% Mo; 0,30% Zr; 0,12% Si; 0,30% Fe; решта Ti), ВТ20 (5,5-7,0% Al; 0,8-2,5% V; 0,5-2,0% Mo; 1,5-2,5% Zr; 0,15% Si; 0,25% Fe; решта Ti).

В залежності від хімічного складу по своїй структурній будові титанові сплави поділяються на α-сплави (ВТ1-0, ВТ5) псевдо-α-сплави (ОТ4-1, ВТ20), (α+β)-сплави (ВТ6, ВТ-22), псевдо-β-сплави (ВТ30, ТС-6), β-сплави (4201). Перші дві групи сплавів мають високі і середні показники пластичності і, в основному, зварюються добре. Інші відзначаються високими міцностними властивостями і зниженою пластичністю, зварюються вони значно гірше.

Основні труднощі, пов’язані із зварюванням титана та його сплавів, обумовлені його високою хімічною активністю, особливо в розплавленому стані, до газів: кисню, азоту і водню. Навіть при кімнатній температурі іде насичування титана киснем і азотом з утворенням хімічних сполук в альфірованому шарі, що сприяє падінню пластичності. Тому в технічному титані ВТ1-0 концентрація цих елементів обмежується величинами:0,12% О₂, 0,04% N₂, 0,01% Н₂. Шкідливою примішкою вважається і вуглець, вміст якого не повинен бути більшим за 0,07%.

Обов’язковою умовою одержання якісного зварного з’єднання титана при зварюванні плавленням є надійний захист не тільки плавильного простору, але і біляшовної зони, застигаючого зварного шва і його зворотного боку – кореня. Такий захист можуть забезпечити тільки інертні гази високого ступеня очищення або безкисневі фторидно-хлоридні флюси.

Пористість зварних швів пов’язана з воднем, тому його вміст у присадному дроті не повинен перевищувати 0,002-0,004%. Це досягається дифузійним відпалом дроту при температурі 800°С у глибокому вакуумі.

Зварювальні дроти згідно з ГОСТ 27265-87 поставляються у дегазованому і травленому стані.

Ефективним способом боротьби з пористістю може бути зварювання з гарантованим зазором і використання присадного дроту з попередньо оплавленою поверхнею. Останнє здійснюють вольфрамовим електродом на струмі 20-40А і швидкістю 20-25 см/хв при захисті аргоном на повітрі або в камері з контрольованою атмосферою.

Загальні рекомендації попередження пористості зварних швів на титані і його сплавах наведені в табл.3.1.

Взагалі титанові сплави мають достатню стійкість до утворення гарячих тріщин, але сплав ВТ6, легований алюмінієм і ванадієм, має схильність до них. Вони носять міжкришталевий характер, однак здатні до самолікування в процесі розвитку, що знижує їх небезпечність при експлуатації.

Причиною холодних тріщин у зварному з’єднанні є зниження пластичності його окремих дільниць внаслідок підвищеного вмісту примішок внедріння газів. Тріщини такого типу можуть виникати як зразу після зварювання, так і через деякий час (процес затриманого руйнування). Основною причиною цього явища є виділення водню з твердого розчину з утворенням гідридів титана, що призводить до виникнення в шві великих внутрішніх напружень, які складаються з розтягуючими залишковими напруженнями, а також з напруженнями від навантаження зовнішніх сил.

При зварюванні сплавів титана, чутливих до термічного циклу (двофазні (α+β) сплави, псевдо β-сплави), можливий розпад β-фази з утворенням крихких, типа ω-фаз в процесі охолодження або після зміцнюючої термічної обробки (загартування з подальшим старінням). При зварювані сплавів титана внаслідок низької теплопровідності можливе зростання зерен, особливо при нагріванні вище 900°С. Тому зварювання плавленням α і псевдо α-сплавів виконують при мінімально можливій погонній енергії, а контактне – з короткочасними нагріваннями. При зварюванні двофазних (α+β) сплавів погонну енергію збільшують, такі «м’які» режими забезпечують підвищену пластичність біляшовної зони.

Таблиця 3.1 - Способи попередження утворення пор при зварюванні титанових сплавів

Спосіб зварювання	Тип з’єднання і товщина метала, мм	Міри запобігання пористості
		Основні	Додаткові
1	2	3	4
Ручне аргоно-дугове без присадки	Стикове без роз-чищення кромок 3	Механічне очищення торцевих поверхонь зварюваних кромок безпосередньо перед зварюванням до зникнення слідів попередньої механічної обробки. Нанесення на торці галогенних флюсів-реагентів.	Зварювання деталей з фіксованим зазором, збільшення часу існу-вання зварювальної ванни(більший зварю-вальний струм, менша швидкість зварювання.)
Теж саме з присадним дротом		Те ж саме. Вилучення дефектного поверхневого шару присадного дроту.	Те ж саме.
Автоматичне аргоно-дугове без присадки		Механічне зачищення поверхонь зварюваних кромок. Нанесення на торцеві поверхні флюсів-реагентів.	Електромагнітні і ультразвукові методи інтенсифікації дегазації зварювальної ванни.
Теж саме з присадним дротом	Те ж саме, таврове.	Те ж саме. Зачищення поверхні полки в місці стика із стінкою. Вилучення дефектного шару дроту.	Те ж саме. Знегаження поверхневого шару дроту при зварюванні. Зміна механізму подачі дроту в ванну.
Автоматичне плавким і неплавким електродом з присадним дротом	Стикове з розчи-щенням кромок 3	Вилучення поверхневого шару присадного(електродного) дроту. Знегаження поверхневого шару дроту при зварюванні. Механічне зачищення торцевих поверхонь кромок(притуплення). Нанесення на поверхню притуплення флюсів-реагентів.	Збільшення діаметра дроту. Оптимізація форми розчищення кромок. Зварювання у щільовий зазор. Зміна механізму подачі дроту. Електромагнітна і ультразвукова дія на зварювальну ванну.

Продовження таблиці 3.1

1	2	3	4
Автоматичне зануреною дугою	Стикове без розчи-щення кромок. 3	Зачищення торців зварюваних кромок металевим інструментом безпосередньо перед зварюванням. Електронно-променеве розглад-жування торцевих поверхонь.	Зварювання деталей з фіксованим зазором. Рифлення торцевих поверхонь кромок. Ведення процесу кількома дугами. Використання гелія та його домішок до аргону.
Електронно- променеве	Стикове без розчи-щення 250	Теж саме. Електронно- променеве розгладжування торцевих поверхонь(для товщин більше 10мм) Ведення процесу із наскрізним проплавленням(при великих товщинах деталей).	Технологічна проба напівфабриката. Зварювання розфоку- сованим або скану-ючим променем. Зни- ження швидкості зварювання.

Висока якість зварних з’єднань забезпечується на стадії підготовки кромок під зварювання.

Порівняно з різанням на гільйотинних ножицях можна знизити на порядок пористість в зварних швах заготівок, розкроєних фрезеруванням, на два порядки при плазмовому різанні, а при газолазерному різанні пористість взагалі виключається.

При використанні термічного різання кромки треба додатково обробити механічним способом на глибину 1-2 мм . Такої ж самої обробки потребують кромки деталей, які довгий час зберігалися до зварювання, для вилучення альфірованого шару глибиною декількох десятих часток міліметра. Заготовки, піддані перед зварюванням гарячій обробці (вальцюванню, куванню, штампуванню, тощо) або термічній обробці в печах без захисної атмосфери проходять дробострумінну або піскоструминну обробку з подальшим хімічним очищенням у такій послідовності: травлення у розчині 150-250 г/л нитріта натрія, 500-700 г/л вуглекислого натрія протягом 2 год, травлення в розчині 220-300 мл/л плавикової кислоти (пит. вага 1,13), 480-550 мл/л азотної кислоти (пит. вага 1,4) при температурі менше 25 °С протягом від одної до двадцяти годин, освітлення у розчині 600-750 мл/л азотної кислоти (пит. вага 1,4), 85-100 мл/л плавикової кислоти (пит. вага 1,13) протягом 3-10 хв.

Безпосередньо перед зварюванням кромки по ширині 15-20 мм від стика зачищають металевою щіткою або шабером і знежирюють ацетоном, з використанням волосяних або капронових щіток, але вилучення капілярно сконденсованої вологи з поверхні заготівок прогріванням до 200°С більш ефективне порівняно із знежиренням ацетоном або спиртом. У приміщеннях, де зварюють титан, температура повітря не повинна бути нижчою за 15 °С, а швидкість руху повітря не повинна бути вищою за 0,5 м/с.

Захист зони зварювання здійснюється аргоном і гелієм згідно з табл. 1.11. В залежності від розмірів і конфігурації зварюваних вузлів захист може бути струминним за рахунок безперервного обдуву зварювальної ванни, біляшовної зони, застигаючого шва і його зворотного боку (зварювання листових полотнищ, труб, приварювання фланців до труб і т. і.), з використанням місцевих камер (трубчасті конструкції, кільцеві обертаємі і необертаємі стики на монтажі) і з загальним захистом в камерах з контрольованою атмосферою (вироби відповідального призначення, складної конфігурації, шви в труднодоступних положеннях і т.і.). Існують і крупно габаритні обитаємі камери, забезпечуючи умови роботи зварників при виготовленні конструкцій великих розмірів. В таких камерах використовується система газового очищення, так що завжди зберігається інертне середовище заданої чистоти, а зварювання може виконуватися як вручну, так і автоматами. Заповнення камер інертним газом може здійснюватися або після попереднього вакуумування до 10^-3 мм рт.ст., після чого знутри камери підтримується залишковий тиск 0,01-0,03 МПа, або витісненням з неї повітря інертним газом, подаваємим знизу камери внаслідок його більшої питомої ваги.

Зварювання неплавким електродом на повітрі, як ручне, так і механізоване, отримало найбільше розповсюдження, для чого розроблені спеціальні пальники, насадки, підкладки та інші пристрої. Для ручного і напівавтоматичного зварювання використовують спеціальні пальники із збільшеним діаметром сопла, знутри якого розміщені «газові лінзи», забезпечуючі ламінарне витікання захисного газа (рис.3.1).

Рисунок 3.1 – Пальники для ручного (а) і напівавтоматичного (б) зварювання титана вольфрамовим електродом

Вони являють собою вкладиші з пористого матеріалу або пакет із сіток з дрібними ячеями (80-250 отв/см²); останні швидко вигоряють при зварюванні. Сопло виконано у вигляді конуса з тілесним кутом 15-25°. Конус закінчується циліндричною частиною, довжина якої є не меншою за діаметр, а останній звичайно дорівнює 30 мм. При зварюваних струмах до 150А пальники мають повітряне охолодження, при більших – водяне. Захист застигаючих дільниць зварного шва здійснюється спеціальними хвостовими насадками (рис. 3.2), закріпленими на пальнику, розміри яких вибираються в залежності від розповсюдження тепла в основному металі дослідним шляхом.

а)

Рисунок 3.2 – Хвостова насадка на пальнику для зварювання титана:

а - загальний вид; б – розрізи

Якість захисту оцінюється по зовнішньому вигляду шва і біляшовної поверхні: блискучий сріблястий колір свідчить про добрий захист і задовільні властивості шва, твердість такої поверхні дорівнює твердості основного метала. Жовтоблакитний, солом’янистий колір, поява сірих нальотів вказує на поганий захист, твердість такої поверхні вища за твердість основного метала.

Захист кореня шва і прилягаючих нагрітих дільниць основного метала здійснюється за рахунок щільного підтиску кромок до мідних або сталевих підкладок з формуючими канавками і отворами для подачи інертного газа (рис.3.3, а-в).

Зварювання товстолистового титана можна здійснювати з використанням водоохолджуваної формуючої підкладки, в якій є отвори для подачі води і захисного газу на піддув. При цьому забезпечується якісний захист зворотного валика: він має блискучу поверхню без слідів кольорів мінливості, вміст газів у кореневому проході такий же, як і в основному металі. Кутові деформації вироба і протягненність зони термічного впливу малі завдяки інтенсивному тепловідводу і перерозподілу теплової енергії дуги. Останнє здійснюється почерговим примусовим відхиленням її до протилежних стінок під дією зовнішнього керованого магнітного поля з величиною поперечної складової магнітної індукції 8-10 мТл.

Рисунок 3.3 – Формуюча підкладка для захисту зворотного боку (кореня) шва при товщині зварюваного метала:

а – 0,8-3 мм; б- 4-8 мм; в – 8-16 мм; г – додаткове захисне пристосування

При зварюванні сосудів або труб захист кореня шва досягається подачою газу в середину виробу. При приварюванні фланців до труб для кожного

типорозміру труби треба мати відповідні пристрої (рис. 3.3, г) які переміщуються вручну другим робітником – збиральником зі швидкістю зварювання.

Використання алюмінієвого тепловідводячого покриття, яке перед зварюванням напилюється на поверхню метала біля його кромок з обох боків шаром товщиною 1-1,5мм, суттєво збільшує швидкість охолодження, знижує перегрівання шва і зони термічного впливу. Разом з цим таке покриття надійно захищає корень шва від впливу повітря, внаслідок чого можна відмовитися від піддування в нього аргону.

За один прохід можна зварювати стикові з’єднання товщиною до 3-х мм, більші товщини потребують багатопрохідного зварювання і відповідного розчищення кромок (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 – Види розчищення кромок при стиковому зварюванні титана різних товщин:

а – 4-10 мм; б – 10-15 мм; в – більше 15 мм

Зварювання виконується на постійному струмі прямої полярності вольфрамовими електродами згідно з табл. 1.10. Робоча частина електрода заточується на конус 30-45°, який має притуплення до діаметра 0,5-0,8 мм. Це сприяє розфокусуванню дуги і більш плавному переходу від основного метала до підсилення шва.

На зварювальні дроти із титана і його сплавів існує ГОСТ 27265-87.

При виборі присадного матеріалу треба мати на увазі необхідність забезпечення високої пластичності швів, рівноміцних основному металу, для попередження утворення холодних тріщин. Це досягається використанням дроту із зниженою концентрацією легуючих елементів, наприклад, дріт марки ВТ1-00св може бути рекомендований для зварювання сплавів систем легування Ti6Al4V; Ti5Al2,5Sn; Ti3Al2,5V. Зварювання легованих сплавів титана в разі необхідності ведуть з використанням присадних дротів більш вузького призначення: ВТ6св-для сплавів ВТ6; ВТ23; 2В-для сплавів ПТ-3В; АТ3; АТ6; ПТ7Мсв-для сплава ПТ7М; ВТ20св-для сплава ВТ20; СП15св- дріт системи комплексного легування Ti-Al-Mo-V-Nb-Zr-Re, який може вважатися універсальним для зварювання сплавів ВТ6; ВТ6С; ВТ-14; ВТ-22; ВТ-23; цей дріт рекомендується для зварювання двофазних титанових сплавів з подальшою зміцнюючою термічною обробкою; СП17- також дріт комплексної системи легування Ti-Al-Nb-Fe-Zr- для сплавів ВТ4-0; ОТ4-1; АТ3; АТ6.

Інколи залишкові напруження у з’єднаннях з титанових α – сплавів, зварених присадним дротом з α+β сплавів менші порівняно з використанням присадних дротів з α - сплавів. При місцевій термічній обробці струмами високої частоти можна знизити розтягуючі залишкові напруження з одночасним створенням на кромках термічних напружень стиску.

Параметри режиму ручного аргонодугового зварювання титана і його сплавів неплавким електродом наведені у табл. 3.2.

Таблиця 3.2 - Орієнтовні параметри режима аргонодугового зварювання титана і його сплавів неплавким електродом

Товщина металу, мм	dприс, мм	Iзв., А	Uд, В	Vзв, м/год	QAr, л/хв.				Число проходів
					в пальник	в насадку	на піддув
Ручне зварювання
1-2	1,5-2	50-90	10-14	-	5-8	5-8	2	1
3-4	1,5-2	120-140	11-15	-	5-8	5-8	2	2
5	2-2,5	140-160	11-15	-	5-8	5-8	2	2-3
10	2-3	160-200	11-15	-	5-8	5-8	2	10-14
Механізоване зварювання
1-2	-	80-160	8-10	20-25	8-10	10-13	3-4	1
3-5	2,5	180-240	10-15	10-15	12-15	16-20	4-6	2-3
6-8	2,5	200-290	10-13	6-10	12-18	16-20	5-8	2-3

Примітка: Діаметр вольфрамового електроду вибирається згідно з даними табл.1.10.

Зварювання ведуть без поперечних коливань пальника, кутом вперед, короткою дугою. Як звичайно, аргон подається перед запалюванням дуги і після закінчення процесу до охолодження металу до 400 °С протягом декількох секунд.

Якщо придати вольфрамовому електроду тороідальну форму заточки торця, можна значно збільшити глибину провару за рахунок ефекту самофокусування і електромагнітного стиснення плазми дуги. Так, при наявності джерела живлення дуги із зварювальним струмом 2000А можна зварити за один прохід метал товщиною 40-60мм або 110-120мм при двобічному зварюванні.

Також продуктивність можна підвищити в 2-3 рази при зварюванні по щільовому зазору без розчищення кромок.

Перед збиранням під зварювання до торців кромок приварюють західні та вихідні планки товщиною 3-4 мм, а в середній частині на кромки виконують трьохшарове наплавлення з плавним переходом від валиків до листа. Деталі збираються із зазором 2-3 мм між наплавленими шарами, а загальний зазор в щілі становить 15-16мм.

Послідовність зварювання така. Спочатку виконують єднальні шви на струмі 160-180А, потім перший прохід з присадним дротом діаметром 3-4 мм, а другий із зворотного боку без присадки. Інші шари наносяться на струмі 380-400А з присадним дротом діаметром 5 мм. Поверхня кожного шару повинна мати увігнуту форму з плавним переходом до кромок основного метала, що дозволяє уникнути міжваликових несплавлень. Сопло пальника повинно бути розташовано на відстані 2мм від поверхні зварюваних листів, а ось електрода повинна бути перпендикулярною до них. Зворотний бік шва захищається струменем аргону, який подається через трубку з радіальними отворами.

При виконанні внутрішніх швів витрата аргону становить 12-14 л/хв, при зварюванні у вузький зазор не потрібна насадка, при цьому використовується щиток-відбивач, надіваємий на сопло пальника. При накладанні зовнішніх шарів застосовують насадку з додатковою подачою аргона 6-8 л/хв.

Параметри режимів механізованого зварювання (табл. 3.2) порівняно з параметрами ручного зварювання відрізняються більшими зварювальними струмами і витратами захисного газа. Для більш ефективного використання теплової потужності дуги використовують різновид цього способу – зварювання притопленою дугою, що дає можливість зварювати за один прохід метал товщиною до 15 мм. При цьому способі кінець вольфрамового електрода розташовують нижче поверхні зварюваного метала; при першому проході одержують проплавлення на необхідну глибину, а при другому зварювання ведуть поверхневою дугою з подачею присадного дроту для одержання підсилення шва і усунення підрізів, які з’явилися після першого проходу. Щільні шви можна одержати тільки у вузьких діапазонах параметрів режиму (табл. 3.3); заміна аргона на гелій розширює їх.

Таблиця 3.3 - Орієнтовні параметри режиму автоматичного зварювання притопленою дугою

Товщина металу, мм	Iзв., А	Uд, В	Vзв, м/год	Кількість проходів
4 7 8-10 13-15 23-24	210-250 320-350 340-380 450-500 800-850	12-14 13-15 13-15 13-15 15-16	15-20 12-14 10-12 7-8 3-5	1-2 1-2 1-2 1-2 1-3

Значно покращити якість зварних з’єднань (зменшити ступень хімічної неоднорідності, знизити пористість) можна за рахунок зовнішньої дії створених штучно електромагнітних полів (табл. 3.4.)

Таблиця 3.4 - Орієнтовні параметри режиму аргонодугового зварювання титана і його низьколегованих сплавів з електромагнітним перемішуванням зварювальної ванни

Вид зварювання	Товщина металу, мм	Iзв., А	Uд, В	Vзв, м/год	Параметри ЕМП
					В, мТл	, с
Автоматичне* Ручне	2-3	210-220 140-160	12-13 10-12	25-30 -	9,5 8,0	0,12 0,16
Автоматичне* Ручне	4-6	290-330 210-240	13-14 10-12	20-25 -	12,0 10,0	0,12 0,16
Автоматичне* Автоматичне* Ручне	8-10	400-470 360-400 220-260	14-15 14-15 11-13	15-20 10-12 -	15,0 11,0 12,0	0,16 0,16 0,16
Автоматичне* Автоматичне* Ручне	12-14	650-700 450-500 220-280	15-16 15-16 11-13	14-16 7-9 -	17,0 13,0 12,0	0,16 0,16 0,16
Автоматичне** Автоматичне* Ручне	18-20	700-750 600-650 250-300	15-16 15-16 11-13	10-12 6-8 -	18,0 13,0 15,0	0,16 0,20 0,16

Примітки: *Розщепленим електродом

**Однією дугою

Зварювання стикових з’єднань із сплаву ВТ23 виконується для товщини 8 мм без зазору за один прохід і для товщини 20 мм у вузький зазор величиною 11 мм також за один прохід без розчищення кромок на параметрах режиму, наведених в табл.3.5.

Таблиця 3.5 - Орієнтовні параметри режиму однопрохідного зварювання сплаву ВТ23 без розчищення кромок

Товщина металу, мм	Iзв., А	Uд, В	Vзв, м/год	Vn.e., м/год
8 20	390 420	12,5 11,0	15 8	15 85

Примітка: Діаметр присадного дроту марки СП15св-2,5мм; магнітна індукція при зварюванні листів товщиною 20мм-9мТл.

Після зварювання рекомендується термічне зміцнення –двоступінчасте старіння (350°С, 8 год, охолодження на повітрі; 550°С, 2 год, охолодження на повітрі) після гартування на повітрі.

Для титану і його сплаві товщиною 0,5-2 мм ефективне використання імпульсно-дугового зварювання, яке ведеться імпульсами постійного струму прямої полярності. Між вольфрамовим електродом і виробом від окремого джерела живлення постійного струму підтримується «чергуюча дуга» (0,8-2 А), на яку накладається імпульсна дуга (табл. 3.6).

Таблиця 3.6 – Орієнтовані параметри режиму механізованого імпульсно-дугового зварювання неплавким електродом стикових з’єднань титана без розчищення кромок

Спосіб зварювання	Товщина металу, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год	t, с
					імпульса	паузи
Однобічне	0,5-1,0 1,5-2	30-130 90-200	8-10 10-12	10-25 10-15	0,12-0,2 0,15-0,2	0,1-0,2 0,15-0,2
Двобічне	1,5-2 3	85-175 250	6-8 10	12-24 24	0,12-0,38 0,16	0,1-0,14 0,12
Притопленою дугою	2-2,5	300-320	-	-	0,15-0,17	0,5

При такому способі має місце зменшення зварювальних деформацій на 15-30% порівняно з безперервною дугою, зменшується зона термічного впливу, покращується структура метала.

Можна значно підвищити проплавну здатність дуги за рахунок введення в її атмосферу галогенних флюсів, вміщуючих фториди кальція, магнія, літія і т.і. Вони наносяться на поверхню, підлягаючу зварюванню, і завдяки підвищенню концентрації теплової енергії в анодній активній плямі можна зварювати без розчищення кромок за один прохід метал товщиною до 12мм. При цьому також зменшується на 15-25% деформація виробу, зона термічного впливу і покращується структура зварного шва, що особливо важливо при зварюванні високолегованих термічно зміцнюваних титанових сплавів. Наносять флюс у вигляді пасти товщиною шару 0,1 мм при струмі менше 150А і 0,2-0,3 мм при струмі більше 150 А; ширина шару відповідно рівняється 15-20 мм і 40мм; Параметри режиму зварювання наведені в табл. 3.7. При цьому потребується більш висока точність збирання під зварювання: для товщин 1-2 мм величина зазора не повинна перевищувати 0,1 мм, для 3-4 мм – відповідно 0,2 мм.

Таблиця 3.7-Орієнтовні параметри режиму автоматичного зварювання неплавким електродом стикових з’єднань титану і його сплавів по флюсу АНТ-23а

Товщина металу, мм	Iзв., А	Uд, В	Vзв, м/год	QAr, л/хв.
				в пальник	в насадку	на піддув
0,8 1,0 1,5 2,5	18-35 20-40 40-60 80-100	7-8 7-8 7-8 8-9	11-25 11-25 10-20 10-20	2-3 2-3 2-3 3-4	2-3 2-3 2-3 3-4	1-2 1-2 1-2 1-2

При зварюванні метала товщиною більшою за 3-4 мм компоненти флюса можна вводити у плавильний простір у вигляді наповнювача присадного порошкового дроту з оболонкою з титана. При цьому зберігаються всі переваги зварювання по флюсу і з’являється можливість однопрохідного зварювання титанових сплавів товщиною до 15 мм. Після зварювання на поверхні шва залишається шар затвердівшого шлаку, який додатково захищає застигаючий метал. Він вилучається механічним або хімічним шляхом і не погіршує властивості метала шва. Ця технологія рекомендована для зварювання таврових з’єднань, електрозаклепок, замкнених кільцевих швів «на вазі» і т.і.

При плазмовому процесі можливо зварювання титана без розчищення кромок більше за 10 мм (табл. 3.8).

Таблиця 3.8 - Орієнтовні параметри режиму плазмового зварювання титану

Товщина металу, мм	Iзв., А	Uд, В	Vзв, м/год	QAr, л/хв.
				плазмоутворюючого	захисного	на піддув
2 6 10 12-15	120-140 240-250 370-390 440-460	22-23 22-23 27-28 28-30	30-40 14 15 10-16	2-2,2 5-6 3-4 6-10	1,5-2,0 9-10 10-11 6-12	3,5-4,0 - 4-5 -

Мікроплазмове зварювання, інколи з накладанням імпульсів, навпаки, використовують при виготовленні особливо тонкостінних виробів (табл. 3.9).

Таблиця 3.9-Орієнтовні параметри режиму мікро плазмового зварювання титану

Товщи-на металу, мм	Тип з’єднання	Iзв., А	Тривалість,с		Vзв, м/год	Склад захисного газу	Qгазу,л/хв
			Імпульса	паузи			плазмо-утворю-ючого	захис-ного
0,08	З відбортовкою Торцеве	3 1,5-2	- -	- -	9 7-45	Ar 75%He+ Ar25%	0,15 0,15	4 4
0,1	Стикове З відбортовкою	5-6 7	- 0,16	- 0,08	20 13	Ar He	0,15 0,15	4 4
0,2	Стикове Торцеве Стикове	5-8 3,5-7,5 14	- - 0,16	- - 0,08	36-60 9-18 13-14	He He He	0,4 0,2-0,4 0,2	3-4 2-4 5
0,3	Стикове Торцеве Стикове	6-10 5-6 12-15	- - -	- - -	30-60 7-10 24-48	He He He	0,4-0,5 0,4 0,5-0,6	3-4 3-4 5-6
0,5	Стикове Торцеве Стикове	12-15 6-10 23-24	- - 0,16	- - 0,08	24-48 6-9 13-14	He He He	0,5-0,6 0,4-0,5 0,4	5-6 3-4 8-9
1,0	Стикове Торцеве Стикове	25-30 17-25 90-100	- - 0,35-0,45	- - 0,35-0,45	6-12 4-5 10-15	He He He	0,7-0,8 0,6-0,7 0,4	8-9 6-8 8-10

Необхідно дуже ретельно додержуватися рекомендованих параметрів і, в першу чергу, зварювального струму і витрати плазмоутворюючого газа, бо вони, визначають кінетичну енергію і проплавну здатність мікро плазмового струменя.

Зварювання титана плавким електродом рекомендується при поєднанні товщин більше 4мм.

Розміри зварних швів і їх формування залежать від роду газа: в гелії шви мають більш плавний перехід підсилення до основного металу, в аргоні проплавлення шва більш глибоке і вузьке. Рекомендується зварювання вести присадним дротом марки ВТ1-00 на параметрах режиму, наведених в табл. 3.10.

Таблиця 3.10 – Орієнтовні параметри режиму механізованого зварювання стикових з’єднань титана без розчищення кромок плавким електродом в середовищі інертних газів

Товщина металу, мм	dе, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год	Вильот, мм	QAr, л/хв
3-8	1,6	350-450	28-36/22-28	25-40	20-25	30-40/20-30
10-12	1,6-2	440-520	38-40/30-34	20-35	20-28	70-90/35-45
15	3	600-650	42-48/30-32	25-30	25-30	70-100/35-50

Примітка: в чисельнику – при зварюванні в гелії, в знаменнику – в аргоні.

Позитивний ефект досягається при використанні імпульсно – дугового зварювання на параметрах режиму, наведених в таблиці 3.11.

Таблиця 3.11- Параметри режиму зварювання титанового сплаву ПТ 3В товщиною 5-10мм в середовищі аргону, за один прохід на „вазі”

Спосіб зварювання	Присадний дріт		Iзв, А		Vn.д., м/год		Vзв, м/год
	марка	dе, мм
Імпульсно-дугове*	ВТ1-00С	2,0		520-540		35-40	8
	СП2Всв	1,6		550-570		40-50	8
Плазмово- дугове**	ВТ1-00С	2,0		295-300		65-70	12
	СП2Всв	1,6		295-300		65-70	12

Примітки: *Струм чергуючої дуги=30А, тривалість імпульсу і паузи 0,2 і 0,1с

відповідно

**Витрата плазмоутворюючого газу -5л/хв.

Для зварювання на монтажі рекомендується використовувати імпульсно-дуговий процес в гелії на параметрах режиму, наведених в табл. 3.12.

Таблиця 3.12 – Орієнтовні параметри режиму механізованого імпульсно-дугового зварювання таврових з’єднань з титанових сплавів плавким електродом діаметром 1,2 мм

Товщина металу, мм	Підготовка кромок	Катет шва, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год
4-9 10-16 18-46	З розчищенням і повним проваром кореня шва	4-7	60-70 90-100 90-100	27-32 30-32 30-32	35-40 20-30 20-30
3 4-8 9-10	Без розчищення з неповним проваром кореня шва	3-4 5-6 6-7	60-80 60-80 60-80	27-32 27-32 27-32	30-35 30-35 30-35

Примітка: струм «чергуючої» дуги 40-45 А; витрата гелію 15-18 л/хв.

Зварювання повинно виконуватися у наметі, щоб виключити здування захисного струменя від плавильного простору. В усіх інших випадках треба користуватися камерою з контрольованою атмосферою.

Зварювання титана під флюсом виконується при виготовленні виробів з товщиною стінки від 3-4 мм до 30-40 мм. Для цього вживають флюси системи CaF₂ – BaCl₂ – NaF, основним компонентом до 90-95% є CaF₂. Висота шару флюса - не менше вильота електрода, величина якого для електрода діаметром 3-4 мм є 17-19 мм, для електрода діаметром 5 мм – 20-22 мм. Як присадку, використовують дріт марки ВТ1-00. Для зварювання конструкцій особливо- відповідального призначення застосовують комбінований флюсогазовий захист: завдяки спеціальному устрою бункера флюс продувається аргоном, що виключає попадання повітря в зварювальну ванну (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 – Схема бункера для газофлюсового захисту зварювальної ванни:

1 – приймальний бункер; 2 – флюс; 3 – обмежувальні кронштейни; 4 – бункер газової активації; 5 – газовий активатор; 6 – флюс після продувки; 7 – флюсопровід

Витрата аргона для продувки флюса в бункері складає 3-4 л/хв.; його подача в бункер починається за 0,5–1 хв до початку подачи флюса в плавильний простір і закінчується одночасно із закінченням зварювання.

Метал товщиною до 10-12 мм зварюють однопрохідними швами без розчищення кромок, до 20-25 мм – двобічним зварюванням з Х-подібним розчищенням з кутом 90° і притупленням 3-5 мм. Параметри режиму зварювання наведені в табл. 3.13.

Таблиця 3.13 – Орієнтовні параметри режиму автоматичного зварювання під флюсом стикових швів на титані

Спосіб зварювання	Товщина металу, мм	dе, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год
На залишаючийся підкладці	3-4	2,5	240-290	30-32	45-55
На мідній підкладці Те саме	4-6 8	3 4	340-420 590-600	32-34 30-32	45-50 40-50
Двобічне Те саме	10-12 16-20	3 4	440-500 590-610	32-34 30-34	45-50 40-45

Внаслідок великого електричного опору титана зварювання виконують при малих вильотах електрода в залежності від його діаметра:

d_е, мм 2,0-2,5 3-4 5

l_е, мм 14-16 17-19 20-22

При зварюванні товстолистового метала ефективним є використання двох електродів розташованих один від одного на деякій відстані L, безпосередньо за фронтом кристалізації першої зварювальної ванни і зміщені поперек шва на відстань l_з (рис. 3.6).

Величина l_з визначається з емпіричної формули:

l_з = (b_ш+ d_е)/2, де

b_ш - ширина шва, утвореного першим електродом, а d_е – діаметр другого електрода.

Рисунок 3.6 – Схема дводугового зварювання зміщеними електродами

Така схема зварювання дозволяє одержати зварні шви з великим коефіцієнтом заповнення розчищення кромок, плавним переходом від основного метала до підсилення шва і добрими властивостями з’єднання.

Електрошлакове зварювання титана і його сплавів може виконуватися всіма способами цього процеса (табл. 3.14) під тугоплавкими флюсами на основі системи CaF₂ – BaCl₂ – NaF і CaF₂ – MgF₂ – SrF₂ марок АНТ-2, АНТ-4, АНТ-6 з додатковим захистом плавильного простору, розігрітої поверхні шва біля повзунів і титанового електрода на вильоті аргоном.

Таблиця 3.14 – Орієнтовні параметри режиму електрошлакового зварювання титана і його сплавів

Товщина металу, мм	Кількість електродних дротів, шт	Iзв, А	Uш.в, В	hш.в, мм	QAr, л/хв
Дротовий електрод діаметром 5 мм
60-80 100-160	1 2	760-830 1520-1660	30-34 30-34	30-40 30-40	45 50
Пластинчастий електрод
50-80 80-100 100-120	- - -	1600-2000 2000-2400 2400-2800	16-18 16-18 16-18	20-30 20-30 20-30	7-10 10-12 12-14
Плавкий мундштук
100-200 200-300	1-2 3	2500-3000 4700-7000	19-22 19-22	30-40 30-40	25-35 45-50

Електрошлакове зварювання титанового сплаву марки ВТ6 товщиною110мм здійснюється з використанням плавкого мундштука товщиною 18мм, виконаного із сплаву ВТ6, і зварювального дроту марки ВТ 1-00св.

Зварювання ведеться під флюсом марки АНТ-2, Шлаковий процес наводиться рідким стартом . Дроти подаються по двом каналам з відстанню між ними 75мм. Інші параметри режиму:

d_е=4мм; I_зв=1600-2200А; U_ш.в=20-24В; V_зв=1,2-1,25 м/г; Q_Ar=25 л/хв.

Оскільки всі фторидні шлаки відрізняються високою рідкотекучостю, зазори між формуючими підкладками, повзунами і кромками зварюваних деталей не повинні перевищувати 0,5 мм, для чого їх механічно обробляють. Для покращення пластичності і в’язкості деяких двофазних титанових сплавів після зварювання рекомендується проводити дифузійний відпал виробів при температурі 750-850°С. Для електрошлакового зварювання титана розроблені спеціалізовані установки (рис. 3.7, 3.8). В останньому випадку глибина проникнення аргона в металеву ванну може сягати 14 мм, внаслідок чого вона очищується від неметалевих включень при одночасному інтенсивному вилученні водня з рідкого титана.

Рисунок 3.7 – Схема пристрою типа А-1022 для електрошлакового зварювання виробів з титанових сплавів дротовими електродами:

1 – подавальний механізм; 2 – дротовий електрод; 3 – мундштук; 4 – зварювана деталь; 5 – формуючий мідний повзун; 6 – газовий колектор; 7 – металева ванна; 8 – затвердівший зварний шов; 9 – мідна струмопідводяча вилка; 10-12 - штуцера

Рисунок 3.8 – Схема електрошлакового зварювання плавким мундштуком з барботуванням зварювальної ванни аргоном:

1 – газова камера; 2 – електрод; 3 – плавкий мундштук; 4 – формуюча планка; 5 – шлакова ванна; 6 – металева ванна; 7 – зварний шов

Електроннопроменеве зварювання використовується при виробництві конструкцій з високолегованих титанових сплавів, в тому числі з термічно зміцнюваних двофазних сплавів.

Властивості зварного з’єднання в значній мірі залежать від якості підготовлених під зварювання кромок. Перш за все їх піддають знежиренню в лужному розчині при температурі 70°С протягом 10 хв, а потім травленню в розчині складу 2% (об.) HF концентрацією 3%, 20% (об) HNO₃ концентрацією 35%, решта – вода, протягом 0,5 хв. Після цього кромки промивають водою при кімнатній температурі і зварюють не пізніше 10 год. Безпосередньо перед зварюванням кромки додатково промивають ацетоном.

Цей вид зварювання здійснюється, в основному, без присадного дроту, і стикові з’єднання виконуються без розчищення кромок, але при цьому потребується дуже точне збирання під зварювання з мінімальними зазорами, величина яких залежить від товщини зварюваного метала:

Товщина метала, мм 10 20 30 40 50 60

Величина зазора в стику, мм 0,11 0,16 0,18 0,22 0,24 0,26

Інколи зварювані стики підготовлюють з технологічними стовщеннями: так для листів товщиною 20 мм верхнє і нижнє стовщення становить 3 мм і 2 мм відповідно, а для товщини 40 мм – 4 і 3 мм; після зварювання стовщення зістругують. При електроннопроменевому зварюванні можливі різні комбінації як параметрів режиму зварювання, так і різних технічних прийомів, які забезпечують необхідне формування зварного шва, відсутність дефектів і одержання кращих показників фізико-хімічних властивостей (табл. 3.15).

Таблиця 3.15 - Орієнтовні параметри режиму електронно – променевого зварювання високолегованих титанових сплавів

Марка сплаву	Товщина металу, мм	Іп, мА	Uуск, В	Vзв, м/год
Ті6Al4V Ti8AlMo1V BT15	0,7 1,3 3	4 5 28	90 100 60	90 190 40
ВТ14*	3	26	65	55
ВТ14** ВТ14	4,5	28 6	І 65 ІІ 60	100 4
ВТ15* ВТ15	5 5	16 26	60 65	20 55
ВТ15 ВТ15	6 8	21 26	60 55	20 20
Ti6Al4V2Sn ВТ5-1 ВТ6 ВТ6 ВТ6 ВТ6 ВТ6*** ВТ6*** ВТ6***	10 10 15 20 51 90 115 120 150	185 35 90 150 255 800 700 730 800	26 60 60 46 56 40 60 60 60	60 10 60 72 25 8 18 15 15

Примітки: *З поздовжним коливанням променя

** І- зварювання; ІІ- розгладжування

*** Зварювання горизонтальним променем

Техніка зварювання передбачає використання різних пристроїв (притискачів, фіксаторів і т.і.), виготовлених з алюмінія, щоб уникнути відхиляючої дії магнітних полів на промінь в процесі зварювання.

Типовими дефектами електроннопроменевого зварювання титанових сплавів є утворення усадкових мікропухкостей з рельєфом гарячих мікротріщин, поява яких пов’язується з порушенням гідродинамічної сталості процесу переносу металу в кореневій частині зварювальної ванни, а також в результаті збільшеного вмісту кисню і вуглецю. Треба стабілізувати умови переносу металу скануванням променя і зменшувати вміст шкідливих примішок.

Для усунення інших можливих дефектів, наприклад, підрізів, рекомендується зварювання в 2 проходи з розгладжуванням шва другим проходом, а також зварювання з поздовжним коливанням променя.

При зварюванні титанового сплаву ВТ-20 наскрізним проплавленням рекомендується для подолання пористості і кореневих дефектів використання тепловідводячих формуючих підкладок з одночасним нанесенням на зварювані поверхні шару з активуючого флюсу АНТ-23А. Саме зварювання ведеться з поздовжнім коливанням розфокусованого променя, що забезпечує квазіімпульсний режим за рахунок подачі на електромагнітну котушку керуючого сигнала пилкоподібної форми. Завдяки такій техніці зварювання виключається утворення підрізів і розбризкування метала з лицьової і кореневої частини шва, а властивості шва рівноцінні властивостям основного метала.

Останній спосіб є ефективним при боротьбі з іншим різновидом дефекта – порожнечами. Щільність енергії променя при переміщуванні його у напрямку зварювання збільшують, а при його русі назад – знижують.

Частоту коливань підбирають таким чином, щоб середня швидкість руху променя відносно зварюваних деталей була на порядок вище швидкості тепловідводу від плями нагріву і швидкості переміщення деталі відносно електронно-променевої гармати. Для попередження пористості треба ретельно підготовлювати поверхні під зварювання і забезпечити умови для максимальної дегазації зварювальної ванни. При зварюванні у нижньому положенні «на вазі» зі швидкістю 10-30 м/год вздовж кореня шва з’являються провисаючі вздовж шва краплі метала, внаслідок чого у верхній частині шва утворюється заниження. Тому зварювання виконують на підкладці, товщина якої може сягати 50% від товщини зварюваної деталі, а після закінчення процеса вона вилучається разом з розташованими в ній дефектами механічною обробкою. При такій техніці зварювання верхня частина шва має грибовидну розширену форму з причини виносу перегрітого метала з кореневої у хвостову частину ванни, внаслідок чого збільшуються кутові деформації.

При зварюванні горизонтальним променем з наскрізним проплавленням цей недолік усувається, і забезпечується якісне формування шва з паралельними границями на металі товщиною більше за 100-150 мм.

Для одержання у вершині і корені шва підсилення з плавним переходом до основного метала режим зварювання треба призначати таким, щоб потужність променя на 15-20% перебільшувала мінімальну необхідну для наскрізного проплавлення стика.

Найбільш ефективним є використання електроннопроменевого зварювання проникаючим променем при виготовленні конструкцій з титанових сплавів середніх і великих товщин. Характерними дефектами при цьому є чередуючися або поодинокі відкриті чи закриті раковини і свищи в кореневій частині шва, круглі поодинокі і групові пори, ослаблення швів. Бездефектне зварювання таких швів можливо у горизонтальному положенні променем з різною формою розвертки на параметрах режиму, наведених в табл.3.16.

Таблиця 3.16- Орієнтовні параметри режима електронно – променевого зварювання титанових сплавів з повним проплавленням при U =60кВ і частоті розвертки 1010Гц

Марка сплава	Товщина метала, мм	Іп, мА	Lр, мм	∆Lф =∆Lр - Lф, мм	Vзв, м/г	Розвертка пучка
						Тип	Ширина по лицьовій поверхні, мм
5ВА ПТ-3В 5ВА ПТ-3В 5ВА ПТ-3В 5ВА	14 30 46 60 70 100 160	140 230 280 390 440 700 900	350 300 340 300 310 460 390	-25 -30 -30 -30 -40 -55 -95	18 17 17 18 17 17 13,5	П П П П О П П	1,8 2,0 1,5 1,8 1,5 1,9 1,0

Примітки: 1. L_р - відстань від центру фокусуючої лінзи до лицьової поверхні виробу

2. L_ф - фокусна відстань

3. П- поперечна синусоїдальна розвертка

4.О- розвертка по колу.

Така техніка дозволяє вести процес зварювання деталей, зібраних із змінним зазором в стику 0-2 мм і зміщенням зварюваних кромок до 15 мм.

Зварювання однорідних і різнорідних за складом титанових сплавів можна також вести при різній орієнтації променя і зварного шва (табл.3.17).

Таблиця 3.17 - Орієнтовні параметри режима електроннопроменевого зварювання титанових сплавів

Марка сплава	Товщина метала, мм	Номер схеми зварювання	Іп, мА	Vзв, м/г	Розміри зовнішнього і зворотного валиків, мм
					B Н	b h
ОТ4-1 ВТ3-1 ОТ4-1+ВТ3-1	80	1	320 340 355	12 12 12	6,5 4,0 7,0 2,0 7,0 3,0	4,0 1,0 5,0 2,0 5,5 3,5
ОТ4-1 ВТ3-1 ОТ4-1+ВТ3-1	100	1	475 480 590	10 10 10	7,6 3,5 8,5 2,2 7,8 3,0	3,5 1,5 5,0 3,5 5,0 3,5
ОТ4-1 ВТ3-1 ОТ4-1+ВТ3-1	80	2	340 365 380	12 12 12	6,4 2,8 7,2 2,1 7,5 3,0	4,8 1,5 5,0 2,2 5,0 2,3

Примітка: В і b – ширина лицьового і зворотного валиків, H і h- висота опуклості (підсилення) лицьового і зворотного валика відповідно.

По першій схемі зварний шов і промінь знаходились в горизонтальному положенні, по другій – шов зварювали у вертикальному положенні, а промінь знаходився в горизонтальному положенні. При цьому величина зазору становила 0-0,5 мм, а зміщення кромок не перевищувало 5 мм. Прискорюючи напруга і частота обертання пучка становили відповідно 60 кВ і 400Гц. Відстані від гармати до виробу складала 175мм, а діаметр пучка променя становив 5 мм. Обидві схеми забезпечили одержання задовільних по своїм розмірам величин зварних швів.

Серед конструкційних титанових сплавів ВТ6 є найбільш розповсюджений, до 70%, від усіх інших. Незалежно від способу виготовлення - вакуумно-дуговою плавкою чи електронно – променевою такий метал є рівноцінним у зварних з’єднаннях, одержаних різними способами і на параметрах режиму зварювання, наведених у таблиці 3.18.

Таблиця 3.18 - Орієнтовні параметри режиму зварювання стикових з’єднань сплава ВТ6

Спосіб зварювання	Товщина метала, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/г
Аргоно –дугове без розчищення кромок із дротом СП-15 діаметром 2мм	3	180	12	12
	5	385	14	30
Аргоно-дугове по шару флюса АНТ-325А	3	135	9	12
	5	250	11	12
Аргоно-дугове з розчищенням кромок із дротом ВТ6св діаметром 1,2мм	12	110 180 230	15 9 9	15
Електронно-променеве	5	Іпром=38мА	Uприск=60кВ	25
	12	Іпром=75мА	Uприск=60кВ	25

Електричне контактне зварювання титана і його сплавів може виконуватися всіма його різновидами. Перед точковим і шовним зварюванням обов’язковою операцією є травлення листів в освітлюючім кислим розчині 30% HNO₃ (70% концентрації), 3% HF (49% концентрації) і 67% води протягом 1 хв. Після цього величина контактного опору знижується до 50-60 мкОм при максимально допустимому значенні 100мкОм. Термін зберігання очищених деталей в спеціальних сушильних тарах не повинен перевищувати 45-50 год; для шовного зварювання цей термін є ще меншим.

При точковому зварюванні високі показники механічних властивостей можуть бути одержані у відносно широкому інтервалі параметрів режиму навіть без захисту зони розігріва інертними газами.

Необхідно вести зварювання з мінімальними проміжками часу; при його перевищенні в області температур α→β перетворювань може бути утворення дрібногольчатої структури α’ – фази, яка знижує пластичні властивості з’єднання. Тому зварювання треба вести на жорстких режимах; інколи рекомендується здійснювати повторний нагрів точки пропусканням крізь неї струму, величиною (0,7-0,9) I_зв. Це попереджає утворення гартівних структур і сприяє зняттю залишкових напружень в зварних конструкціях, особливо виготовлених із середньо- і високолегованих титанових сплавів. Знизити залишкові напруження можна також за рахунок прикладання кувального зусилля, як раз в момент закінчення імпульса зварювального струму. При цьому подрібнюється крупнокришталева структура метала ядра точки, наближаючи її до дрібнозернистої структури основного метала.

Параметри режиму точкового зварювання титана наведені в табл. 3.19, 3.20.

Таблиця 3.19 - Орієнтовні параметри режиму точкового зварювання титана ВТ1-0

Товщина металу, мм	Rсф електрода, мм	Струм зварювальний, кА	Тривалість зварювання, с	Зусилля зварювання, даН	Діаметр точки, мм
0,3+0,3 0,5+0,5 0,8+0,8 1,0+1,0 1,2+1,2 1,5+1,5 1,7+1,7 2,0+2,0 2,5+2,5 3,0+3,0	20-25 25-40 50-75 75-100 75-100 75-100 75-100 100-150 100-150 100-150	4,5-5,0 4,5-5,0 5,5-6,0 5,8-6,2 6,4-6,6 6,8-7,2 7,2-7,7 8,8-9,5 9,5-10,5 11,5-12,5	0,04-0,08 0,08-0,10 0,10-0,15 0,15-0,20 0,20-0,25 0,25-0,30 0,25-0,30 0,30-0,35 0,30-0,35 0,35-0,40	75-100 150-200 200-250 250-300 300-350 350-400 400-450 450-500 600-750 800-900	2,5 3,0 4,0 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 8,0 9,0

Таблиця 3.20 - Орієнтовні параметри режиму конденсаторного зварювання титанових сплавів типу ОТ4

Товщина деталей, мм	Установлювальні				Технологічні
	С, мкФ	Uм, В	Fзв, кН	dе, мм		Imax, кА	tа, мс	tзв, мс
0,5+0,5 0,8+0,8 1,0+1,0 1,5+1,5 2,0+2,0	19600 19600 29400 78400 147000	190 200 200 200 200	2,0 2,5 3,5 5,0 6,5	4,0 5,0 5,0 7,0 8,0		6,6 7,5 10,3 18,1 19,9	10 10 13 24 36	36 38 40 90 128

Примітки: 1. Зварювання відбувалось на машині типу МТК-75.

2. Пояснення параметрів див. у табл. 1.43.

3. Мінімальна відстань між точками див. у табл. 1.45.

При зварюванні легованих титанових сплавів марок ВТ6-С, ВТ14 слід вибирати напівфабрикати з мінімальним вмістом водню(не більше 0,006%), а саме зварювання вести на середніх по жорсткості режимах, в той час коли для сплава ОТ4-1 при трохи більшому вмісті водню(0,01%) параметри режиму мають бути більш жорсткі(табл.3.21).

Таблиця 3.21 – Орієнтовні параметри режима точкового зварювання легованих титанових сплавів

Марка сплава, товщина, мм	Зусилля зварювання, даН	Iзв, кА	tі, с	tпаузи, с	tі вторинного, с	Iі вторинного, кА
ВТ6С,Вт-14 (2+2)	700 700	9,2 9,5	0,24 0,24	- 0,24	- 0,48	- 5,4
ОТ4 -1 (1,5+1,5)	600	8,0	0,16	-	-	-

Можна значно покращити якість зварного з’єднання шляхом електротермомеханічної обробки, застосовуючи електрод соленоїд і обтискуючу втулку або використовуючи двох імпульсну циклограму(табл.3.21).

Для більш інтенсивного тепловідводу рекомендується застосовувати електроди з бронзи БрХЦр0,3-0,09 із сферичною формою поверхні з підвищеною витратою охолоджувальної води- більше 5л/хв.

Для запобігання дифузійного схоплення в ущільнювальному пояску треба вживати бар’єрні речовини сумісно з герметиком або клеєм.

Для більш надійного контролю якості зварних точок методом рентгенографії рекомендується застосовувати метали-свідки, які розміщують між зварюваними деталями, наприклад, у вигляді стрічки припоя марки стел мет 1201(Zr 12%, Ni 12%, Cu 24%, Ti-решта) товщиною 0,04-0,06мм і шириною 20мм. При цьому в ущільнюючому пояску утворюється зварно-паяне з’єднання.

Електричне контактне шовне зварювання виконується кроковим переміщенням деталей і вмиканням струму в момент зупинки роликів. Це забезпечує благопріємні умови для кристалізації розплава під тиском за рахунок більш швидкого охолодження метала і гарантує більш глибоке проплавлення без перегріву зовнішньої поверхні. Швидкість обертання роликів при вимкнутому струмі наростає до максимальної величини і знижується до нуля в момент ввімкнення струму. Хоча для шовного, як і для точкового зварювання, ролики виготовляються з матеріалів з підвищеною твердістю і зносостійкістю (типу кадмієвої бронзи), з метою підвищення їх стійкості рекомендується деталі переміщувати з малим, а зварювати з більшим зусиллям стиску. Звичайно шовне зварювання титана і його сплавів виконують по відбортовці або внапустку на серійному обладнанні без суттєвих конструктивних змін на жорстких режимах (табл. 3.22).

Таблиця 3.22 – Орієнтовні параметри режиму шовного зварювання титана та його сплавів

Товщина металу, мм	Rсф електрода, мм	Струм зварювання, кА	Тривалість, с		Зусилля зварювання, кН	Vзв, м/г	Ширина шва, мм
			імпульса	паузи
0,3 0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 1,5 1,7 2,0 2,5 3,0	15-25 25-50 50-75 50-75 75-100 75-100 100-150 100-150 100-150 150-200 150-200	5,0-5,5 5,5-6,0 5,5-6,0 6,0-6,5 6,5-7,0 7,0-8,0 8,0-9,0 9,0-10,0 10,0-10,5 11,0-11,5 12,0-13,0	0,08-0,10 0,10-0,12 0,10-0,12 0,12-0,14 0,14-0,16 0,14-0,16 0,18-0,20 0,18-0,20 0,20-0,22 0,24-0,26 0,28-0,32	0,12-0,14 0,14-0,16 0,14-0,16 0,16-0,18 0,20-0,22 0,22-0,24 0,30-0,34 0,34-0,36 0,36-0,40 0,32-0,44 0,34-0,48	1,0-1,5 2,0-2,5 2,5-3,0 3,0-3,5 3,5-4,0 4,0-4,5 4,5-5,0 5,0-5,5 5,5-6,5 7,0-8,5 9,0-11,0	60-70 55-60 55-60 50-55 45-50 45-50 40-45 35-40 30-35 25-30 20-25	2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 8,0 9,5

Примітка: Розміри напустки шовних з’єднань див. у табл.1.47.

Необхідно забезпечити інтенсивне зовнішнє водяне охолодження для зменшення зносу роликів і оптимізації якості зварного з’єднання за рахунок зменшення часу перебування розігрітого метала в контакті з газами повітря. Шунтування струму компенсується за рахунок його збільшення на 20-30% порівняно з точковим зварюванням.

З метою зниження короблення деталей останні збираються на прихватках по вісі зварного шва точковим зварюванням з кроком зварного шва 50-100 мм, особливо при зварюванні кільцевих швів. Перед шовним зварюванням ця поверхня зачищається механічним шляхом і знежирюється. Невеликі деталі можуть зварюватися без прихваток при умові використання спеціальних жорстких збиральних пристроїв.

Шовне зварювання листових деталей встик виконують з використанням теплоізолюючої накладки з двох боків. Товщина накладки залежить від товщини зварюваного листа і становить при зварюванні метала товщиною менше 1 мм 50%, а більше 1 мм – 30% його товщини. Шовне зварювання здійснюється за один прохід, замкненні або перервні шви необхідно перекривати 5-8 точками при збільшеному на 15-20% струмі, а місця перекриття поздовжніх і поперечних швів додатково скошувати. Для зменшення деформацій і напружень використовують обкатку шва роликами вхолосту. Виконані зварні шви мають гірші показники механічних властивостей порівняно з точковим зварюванням внаслідок більшого часу перебування метала при підвищених температурах. Руйнування зварного з’єднання здійснюється по основному металу внаслідок зміцнення метала шва і зони термічного впливу при утворенні мартенситоподібної α’ – фази.

Електричне контактне стикове зварювання титана і його сплавів здійснюється методом оплавлення як із підігрівом торців деталей, так і без нього, обов’язково в захисній атмосфері інертних газів. Підготовка деталей до зварювання складається з двох операцій: механічної обробки і травлення у кислому розчині, причому час між травленням стиків і їх зварюванням має бути по можливості дуже коротким і не перевищувати 24-30 год. Використання підігріву дає можливість зменшити необхідну електричну потужність, кінцеву швидкість оплавлення, величину припуска на оплавлення і знизити питомий тиск осаджування і його швидкість. Наявність захисного середовища не стримує утворення оксидів на поверхні оплавлення, якщо кінцева швидкість його нижче оптимальної, тому зварювання ведеться з короткими циклами плавлення і осаджування.

Після закінчення осаджування значна частина розплава витиснюється на поверхню.

Параметри режиму стикового зварювання оплавленням наведені в табл.3.23,

Таблиця 3.23 – Орієнтовні параметри режиму стикового зварювання оплавленням титана і його сплавів

Площа зварюваного перерізу, мм	Вильот заготовки з електрода, мм	Припуск, мм		Струм зварювання, кА	Зусилля осаджування, кН	Швидкість оплавлення, мм/с
		на оплавлення	на осаджування			початкова	кінцева
150 250 500 1000 2000 4000 6000 8000 10000	25 35 45 50 65 110 140 165 200	8 10 10 12 18 24 28 35 40	3 6 6 10 12 15 15 15 15	1,5-2,0 2,5-3,0 5,0-7,0 8,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0	3-4 5-8 10-15 20-25 40-100 150-300 350-500 400-600 500-1000	0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5	6,0 6,0 6,0 5,0 5,0 4,0 3,5 3,0 2,5

характеризуються збільшеними в 2-3 рази струмами порівняно із таким зварюванням сталевих деталей і мінімальним часом його проходження. При зварюванні деталей з площею поперечного перерізу більше 100 мм² використовують попередній підігрів. Щоб уникнути утворення холодних тріщин при зварюванні високоміцних титанових сплавів, проводять відпал зварного з’єднання одразу після закінчення зварювання при температурі 700-750 °С безпосередньо у зварній машині шляхом пропускання через нього струму трохи меншої величини (на 10-15%), ніж зварювальний. Величина тиску осаджування вибирається також з урахуванням рекомендацій, наведених в табл.1.55.

Зварювання у твердій фазі титана і його сплавів знаходить обмежене використання. Так, пресове зварювання титана потребує попереднього підігріву до 700-900°С, а після зварювання такі з’єднання піддаються відпалу, деталі з компактною формою поперечного перерізу (прути, стрижні, труби) можна зварювати тертям (звичайним і інерційним).

Так режим зварювання заготовок діаметром 16 мм із сплава ОТ4 передбачає: на першій стадії деформації при нагріванні – тиск 60 МПа, деформація 2 мм; на другій стадії деформації при осаджуванні – тиск 100МПа, деформація - 4мм, тривалість циклу зварювання -5с. Механічні властивості з’єднання – на рівні основного метала.

Одержання якісних зварних конструкцій при дифузійному зварюванні титана у вакуумі можливе лише при оптимальному поєднанні параметрів режима: температури, тиску і часу процесу. Для одержання з’єднань з малим ступенем деформації, що важливе при виготовленні прецизійних виробів, зварювані деталі попередньо піддають відпалу у вакуумі при температурі, більшій, ніж температура поліморфного перетворення зварюваного сплава, внаслідок чого в об’ємі деталей утворюється крупнозерниста пластинчаста структура, при якій залишкові деформації малі.

Перед зварюванням контактуючі поверхні піддають механічній обробці для одержання високого класу чистоти G5-G7 деформованого матеріала в поверхневому шарі. Після цього деталі зварюють при температурі нижче температури поліморфного перетворення і вище температури рекристалізації. Величина тиску в цьому випадку відносно більша.

Сплави з рівноосною дрібнозернистою структурою мають більшу швидкість високотемпературної повзучості, їх можна використовувати, як проміжкові прокладки товщиною 0,8-1мм при зварюванні сплавів з крупнозернистою пластинчастою структурою, що підвищує механічні властивості зварних з’єднань. Оптимальним можна вважати при зварюванні деталей з малою залишковою деформацією при низьких тисках поєднання шару з дрібнозернистою рівноосною структурою в приконтактній зоні і крупнозернистої пластинчастої структури в об’ємі деталі. Перше забезпечує добрі умови для утворення фізичного контакта за рахунок деформації мікро виступів, друге-малі залишкові деформації.

Якість дифузійного зварного з’єднання значно покращується, якщо попередня підготовка зварюваних поверхонь забезпечить низьку газонасиченість при нагріванні до їх контактування. При таких умовах розвивається активуючий фактор деформації під дією власних напружень у вигляді високотемпературного рельєфа, що інтенсифікує процес утворення з’єднання.

При зварюванні титанового сплава ВТ-23 розвиваються залишкові поздовжні деформації, що обумовлене фазовими перетвореннями при охолодженні в інтервалі температур 750-550 С, а це в свою чергу призводить до появи зварювальних напружень, бо деталі знаходяться під тиском. Їх можна подолати двома способами термічної обробки: відпалом при Т=750 С протягом 1-2 год. з охолодженням на повітрі і двохступенчастим старінням - Т=380 °С - 8 год +550 °С - 2 год, або попереднім відпалом деталей перед зварюванням, а після зварювання виконується тільки старіння. При дифузійному зварюванні лопаток з титанового сплава ВТ8М застосовується двохступінчастий нагрів: на першому ступені він складає менше 750°С, а на другому ступені Тн=920°С; зварювання триває протягом 20хв під тиском Р=4МПа, після чого виріб охолоджується під навантаженням до 100-150 °С. Повний цикл нагрівання, зварювання і охолодження відповідно складає 60-90хв, 20хв і 240-300хв.

Дифузійне зварювання титана і його сплавів виконується у камерах при розрідженні 1·10^-3- 1·10^-4мм рт. ст. Оптимальні параметри режиму зварювання передбачають повне розчинення оксидної плівки на з’єднуємих поверхнях при відсутності перегрівання метала і зростання величини зерна (табл. 3.24).

Таблиця 3.24 - Орієнтовні параметри режиму дифузійного зварювання титана і деяких його сплавів

Марка сплава	Температура нагріву, °С	Тиск, МПа	Тривалість, хв
ВТ1-0 ВТ5-1 ВТ15 ВТ6	800 1000 800 900	7,5 5,0 4,5 2,0	7 8 21 -

На величину параметрів суттєво впливає підготовка поверхні під зварювання: так полірування порівняно з токарною чистовою обробкою дозволяє в 2 рази зменшити величину питомого тиску і на 300°С знизити температуру зварювання, внаслідок чого залишкова деформація деталей не перевищує 2% порівняно з 4-6%. При оптимальних параметрах режиму зварювання зону контакта неможливо роздивитись під мікроскопом, а міцність і пластичність дорівнюють цим показникам основного метала. При зварюванні на режимах, відповідаючих умовам надпластичності(табл. 3.25), можна в 6-30 разів скоротити тривалість процеса, знизити в 4 рази необхідне зусилля тиску і на 50-180°С температуру нагріву. Цей процес виконується на спеціальних установках, обладнаних системами деформування із заданою швидкістю.

Таблиця 3.25- Орієнтовні параметри режиму зварювання титанових сплавів в умовах надпластичності

Зварювані сплави	Температура нагріву, °С	Тривалість, хв	Швидкість деформації, с
ОТ4+ОТ4 ВТ6+ВТ6 ОТ4+ВТ15	900 900 920	1,2 3,2 10	2 7,5 2

Після дифузійного зварювання у вакуумі майже завжди передбачається проведення термічної обробки.

Спосіб ударного зварювання у вакуумі передбачає нагрівання у вакуумі електронним променем зі швидкістю 400 С/хв і подальшого прикладання ударного поодинокого імпульсу зі швидкістю до 30м/с. Під дією динамічного навантаження проходить пластична деформація і утворюється зварне з’єднання. Таким чином зварювали крупноланкові ланцюги із сплава ВТ16 на режимі: Т=900-950 С; величина енергії удара-350 Дж. Саме зварювання напівланок внапустку проводили у деформуючому пристрою, після чого з’єднання піддавали термічній обробці: гартуванню від 820 С і двохступінчастому старінню: Т=450 С - 9год, 550 С – 4год – все в інертній атмосфері.

Ремонтні роботи на виробах з титанових сплавів пов’язані головним чином з ліквідацією дефектів, які виникли в процесі їх експлуатації. Наприклад, лопатки компресорів газотурбінних двигунів, виготовлені зі сплава ВТ9, мають пошкодження на пері – руйнування ущільнюючих поясків на периферії, дрібні тріщинки на вихідних кромках профільної частини, механічні пошкодження у вигляді забоїв та сколів. Якщо перо виготовлено разом із диском, то старе відрізається, а нове приварюється до диску блиска. Цей процес виконується електронним променем, зварювані деталі збираються в спеціальному бандажі, що виключає деформацію в зоні зварювання і забезпечує одержання шва постійної товщини. Зварювання ведеться у нижньому положенні на режимі: Unp=60кВ; In=90мА; Iф=980мА; Vзв=25м/г наскрізним проваром без присадки. Після зварювання бандаж вилучається механічною обробкою.

Незначні дрібні дефекти заварюються аргонодуговим способом з використанням спеціального малогабаритного пальника Т1. Як присадка, використовується дріт ВТ6св, який забезпечує необхідну пластичність; параметри режима представлені в табл.3.26.

Таблиця 3.26 - Орієнтовні параметри режима ремонтного наплавлення лопаток із сплава ВТ9

Тип дефекта	dприс, мм	Iзв, А	Час, с		Витрата аргону, л/хв
			зварювання	охолодження	в пальник	на піддув
Забої вхідних кромок	0,8	40	80	160	4-6	2-4
Сколи	0,8	50	60	180	3-6	2-4
Механічні пошкодження	0,8-1,0	60	30	180	6-7	3-4
	0,8-1,0	80	30	180	7-8	4-5

Примітка: dWэ=2мм.