Для чего нужна термообработка титана после сварки

Термообработка титана

Для титана и егo сплавов, а такжe сварных соединений применяют в основнoм следующие виды термической обработки: отжиг, закалка и старение. В конструкцияx титановые сплавы можно использовaть в состояниях послe прокатки, отжига или жe упрочняющей термической обработки. Упрочнениe титановых сплавов термической обработкой достигаетcя в отличие от сплавов нa основе железа преимущественно дисперсиoнным твердением и старением.

Отжиг заключаетcя в нагреве дo определенных температур, выдержке и потом охлаждении нa воздухе для стабильных сплавов, c печью для высоколегированных. B таблице 1 приведены режимы отжига. Время выдержки пpи указанных температурах зависит oт толщины обрабатываемых деталей. Для листoв рекомендуют следующую выдержку:

Время выдержки пpи неполном отжиге (отпуске) 20. 60 минут.

Отжиг (α + β)-сплавов и иx сварных соединении сочетает элемeнты отжига первого рода, основанного нa рекристаллизационных процессаx, и отжига второго рода, базирующегоcя на фазовой перекристаллизации. Для этиx сплавов кроме простого примeняют рекристаллизационный отжиг. Oн заключается: в нагреве сплава пpи сравнительно высоких температурах, достаточныx для прохождения рекристаллизационных процессов, в охлаждении до температур, обеспечивающих высoкую стабильность β-фазы (нижe температуры рекристаллизации), и выдержке пpи этой температуре c последующим охлаждением на воздухе.

Источник

Особенности сварки титана и титановых сплавов. Технология сварки и необходимое оборудование

Титан и его сплавы нашли широкое применение в самых ответственных отраслях современного машиностроения, благодаря их низкой массе, высокой прочности и стойкости к агрессивным химическим средам.

Особенности сварки титана и его сплавов

В то же время сварка этих материалов сильно затруднена, что объясняется рядом их свойств:

Эти факторы обусловили необходимость сварки титана и его сплавов в защитных газовых средах, в первую очередь, аргоновой и гелиевой. Кроме того, одной из главных задач сварочного оборудования, задействованного в работе с данными металлами, является минимизация времени и площади термического воздействия как на шов, так и на прилежащие к нему зоны.

Вне зависимости от использованного вида сварки и технологического процесса прочность шва по отношению к прочности основного металла не превышает 80%, что нужно учитывать при проектировании титановых конструкций.

В настоящее время ведется поиск более эффективных методов соединения материала.

Подготовка титана и его сплавов под сварку

Процесс изготовления любых полуфабрикатов и заготовок из титана и его сплавов связан с термической обработкой металла. Это значит, что на поверхности изделий содержится плотная оксидно-нитридная пленка, без разрушения которой сварочные работы будут невозможны или неэффективны. Поэтому процесс подготовки к сварке имеет такую последовательность:

Правильно проведенные подготовительные операции сводят к минимуму вероятность появления полостей в сварочном шве, его растрескивание или разрушение под нагрузкой, позволяют сформировать однородную устойчивую сварочную ванну.

Основные способы сварки материала

Из-за необходимости защиты шва от вредоносного воздействия окружающего воздуха, а также в связи со склонностью титана и титановых сплавов терять прочность при длительном термическом воздействии широкое распространение получили лишь такие виды сварки материала:

Ограниченно применяются дуговая сварка под флюсом и контактная точечная сварка титана. Среди их преимуществ – относительная простота, дешевизна и низкая трудоемкость технологий, но качество шва значительно уступает рассмотренным выше методам.

В машиностроении распространена практика сварки изделий из титана или титановых сплавов со сталью. Она осложнена вероятностью возникновения хрупких химических соединений – титанидов железа (FeTi и Fe₂Ti). Проблема решается выбором особых режимов проварки шва в среде аргона вольфрамовым электродом, а также методом комбинированных вставок, когда между заготовкой из титана и заготовкой из стали помещается прослойка из бронзы или тантала. Особо сложные соединения требуют совместного использования бронзы и ниобия, которые соединяют в камере с контролируемой атмосферой.

Технология сварки титана аргоном

Аргонодуговая сварка титана и его сплавов приобрела наибольшую популярность ввиду оптимального соотношения доступности технологического процесса и качества получаемых швов. Она широко используется как в массовом производстве деталей из титановых заготовок, так и в частных случаях.

Необходимое оборудование

Технология допускает использование любого электродугового сварочного аппарата, способного обеспечить жесткую вольт-амперную характеристику (обычно сила тока составляет не менее 140 А). Используются вольфрамовые электроды, особенности которых рассмотрены ниже. Поскольку свойства металла требуют непрерывной защиты стыка инертными газами, особую сложность представляет именно равномерная подача газа с необходимой интенсивностью.

Распространены три способа газовой защиты:

Важно помнить, что защите должна подвергаться не только сварочная ванна, но и обратная стороны стыка, а также все прилегающие к ним зоны, которые нагреваются до высоких температур в процессе сварки.

Выбор электродов

Для аргонодуговой сварки титана и титановых сплавов используют вольфрамовые электроды малого диаметра.

Если толщина стыка не превышает 3 мм, применяются электроды диаметром 1,5-2,0 мм без присадочного материала. Во всех остальных случаях толщина электрода соответствует толщине стыка, использование присадочной проволоки обязательно.

При первых же признаках износа или повреждения электрод заменяют. Работа неисправным электродом не только отрицательно сказывается на технических характеристиках сварочных швов, чувствительных к режиму проведения работ, но и может быть небезопасной для сварщика.

Примерная стоимость вольфрамовых электродов на Яндекс.маркет

Присадочная проволока

Выбор присадочного материала зависит от марки титана или сплава, толщины заготовок, толщины электрода, параметров сварки, эффективности принятого метода защиты стыка от атмосферного воздуха. В большинстве случаев можно руководствоваться этой таблицей:

Следует учитывать, что металлы марок ОТ4, ВТ5, ВТ5-1 требуют использования щадящих режимов сварки, в том числе с минимальной погонной энергией. Для большинства других материалов требуются режимы с быстрым охлаждением.

Процесс сварки

Наличие и метод разделки кромок, а также параметры сварки зависят от толщины стыка. Обычно эта зависимость имеет такой вид:

Электродуговую сварку титана и сплавов проводят в нижнем положении. Техника мало чем отличается от классической дуговой сварки, общий алгоритм действий включает следующее:

Источник

Технология сварки титана и его сплавов

Температура плавления титана 1668°С. Имеется около 20 сплавов

Марка

Свариваемость

Технологические особенности сварки

BT1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1

Зачистка кромок
Режим с минимальной погонной энергией

ВТ6, ВТ3-1, ВТ9, ВТ14, ВТ16, ВТ20

Мягкий режим с малыми скоростями охлаждения

Режим с высокой скоростью охлаждения

Трудности при сварке

Высокая химическая активность металла при высокой температуре, особенно в расплавленном состоянии. Поэтому необходима надежная защита от воздуха не только сварочной ванны, но и остывающих участков шва и околошовной зоны, пока их температура не снизится до 250-300°С. Требуется защита и обратной стороны шва даже в том случае, если металл не расплавлялся, а только нагревался выше этой температуры.

Высокая температура плавления титана требует применять концентрированные источники нагрева. Низкая теплопроводность титана приводит к снижению эффективности источника нагрева по сравнению со сваркой сталей.

Поры и холодные трещины сварных соединений титана возникают из-за вредных газовых примесей и водорода. Поэтому необходимо обеспечить чистоту основного металла и сварочных материалов, в том числе присадочной проволоки.

Вблизи точки плавления поверхностное натяжение титана в 1,5 раза выше, чем алюминия, что позволяет формировать корень шва на весу. Однако расплавленный металл обладает низкой вязкостью, и при некачественной сборке деталей могут образоваться прожоги.

ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА СВАРОЧНОЙ ВАННЫ

Существуют три варианта защиты:

При аргонодуговой сварке титана W-электродом следует применять сварочные горелки с возможно большим газовым соплом, создающим обширную зону защиты. Поток аргона через сопло должен быть ламинарным, что достигается газовыми линзами, установленными внутри сопла. Расход газа в зависимости от режима сварки колеблется от 8 до 20 л/мин. Если сопло горелки не гарантирует надежной защиты, то его дополняют специальной насадкой, коробом или другим приспособлением. Дополнительные защитные устройства изготавливают из нержавеющей стали. Внутри имеются рассекатели и газовые линзы. Насадка, прикрепляемая к газовой горелке для защиты кристаллизующейся сварочной ванны, должна иметь ширину 40-50 мм и длину от 60-120 мм в зависимости от режима сварки. Для сварки трубчатых конструкций, кольцевых поворотных и неповоротных стыков применяют местные или малогабаритные защитные камеры.

Качество защиты определяют по внешнему виду металла шва. Серебристая или соломенного цвета поверхность шва свидетельствует о хорошей защите. Желто-голубой цвет указывает на нарушение защиты, хотя в отдельных случаях такие швы считаются допустимыми. Темно-синий или синевато-серый цвет с пятнами серого налета характеризует низкое качество шва.

ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА НАГРЕТЫХ УЧАСТКОВ

Специальная подкладка для защиты корня шва, нагретого до 250-300°С

Защитные приспособления из нержавеющей стали для тавровых и угловых соединений

ЗАЩИТА ШВА ТРУБОПРОВОДА

Защита при приварке фланца

Защита при сварке секционных отводов

Подготовка к сварке

Режим химической обработки титана и его сплавов

Раствор

Длительность обработки, мин

Назначение

Состав

Рыхление оксидной пленки

Нитрит натрия 150-200 г/л Углекислый натрий 500-700 г/л

Плавиковая кислота 220-300 мл/л Азотная кислота 480-550 мл/л

Азотная кислота 600-750 мл/л Плавиковая кислота 85-100 мл/л

После этого свариваемые кромки промывают бензином на ширину 20 мм и протирают этиловым спиртом или ацетоном.

Сварочную проволоку предварительно подвергают вакуумному отжигу и обезжиривают ацетоном или спиртом. Окисленную часть удаляют кусачками. Поверхности, подготовленные к сварке, нельзя трогать незащищенными руками.

Выбор параметров режима

Сварку выполняют на постоянном токе прямой полярности непрерывно горящей или импульсной дугой. Используют аргон высшего сорта и гелий высокой чистоты.

Сварочный ток выбирают в зависимости от толщины свариваемого изделия и диаметра W-электрода.

Техника сварки

Как правило, в качестве присадка используют проволоку того же химического состава, что и основной металл (BTl-00св, ВТ20-1св и т.д.). Для большинства сплавов годится проволока марок СПТ-2 и СП-15.

Источник

Сварка титана

Термическая обработка сварных соединений титановых сплавов

Термическую обработку сварных соединений титановых сплавов проводят с целью снятия внутренних напряжений, получения оптимальных физико-механических свойств и стабильной структуры (не склонной к изменению фазового состава и свойств при длительном нагреве Ори рабочих температурах). Сварные соединения, как и основной металл, подвергают отжигу, закалке, закалке и старению (отпуску).

При термической обработке титана, как и при других технологических операциях, связанных с нагревом, необходимо учитывать активное его взаимодействие с атмосферой. Кислород атмосферы не только образует окалину, но и диффундирует в кристаллографическую решетку титана, резко повышая твердость поверхностных слоев металла. Это в полной мере относится как к основному металлу, так и к сварному соединению. В то же время считается, что термическая обработка в печах с воздушной атмосферой при температурах не выше 600-650° С является допустимой и не ведет к заметному ухудшению механических свойств сварного соединения и основного металла.

Термическая обработка сварных соединений при более высоких температурах должна, как правило, осуществляться в печах с защит-ной атмосферой или в вакуумных печах. В противном случае окисленный и загрязненный газами слой должен быть удален химическим травлением или механически] путем.

Дополнительная информация:

Сообщение отредактировал Andrew: 28 Январь 2015 23:38

Отжиг титановых сварных соединений

Источник

Краткое введение термической обработки титанового и титанового сплавов

Титан и титановый сплав обладают идеальным соотношением прочности и веса, хорошей ударной вязкостью и коррозионной стойкостью. Титановый сплав в основном используется для изготовления деталей компрессоров авиационных двигателей и конструктивных элементов ракетных и высокоскоростных самолетов. В середине 1960-х титан и его сплавы использовались в общей промышленности для изготовления электродов для электролитической промышленности, конденсаторов для электростанций, нагревателей для нефтепереработки и опреснения, а также устройств контроля загрязнения окружающей среды, а также материалов для хранения водорода и памяти формы. сплавы.

В настоящее время годовая производственная мощность титановый сплав в мире достигло более 40,000 тонн, с почти 30 сортов титанового сплава. При обработке тепла примеси, такие как водород, кислород, азот и углерод, легко абсорбируются. Из-за плохой обрабатываемости трудно и сложно вырезать и перерабатывать Ti и его сплав. Отжиг применяется для устранения внутреннего напряжения, улучшения пластичности и оптимальной комбинации пластичности, обрабатываемости, а также мерной и структурной стабильности. Общепринятые методы термообработки титанового сплава, включая полный отжиг, раствор и обработку старения. Кроме того, принимаются двойной отжиг, изотермический отжиг, обработка дегидрированием, термообработка деформации и другие процессы термической обработки металлов.

Полный отжиг 1

Отжиг титана и титановых сплавов служит в первую очередь для повышения вязкости разрушения, пластичности при комнатной температуре, размерной и термической стабильности и сопротивления ползучести. Обычно сплавы β и α + β полностью отжигаются и используются в качестве окончательной термообработки.

2 Усилие снятия напряжения

Для устранения внутренних напряжений, возникающих при обработке давлением, механической обработке и сварке, для предотвращения химической эрозии и уменьшения деформации в некоторых агрессивных средах. Титановый сплав должен пройти отжиг для снятия напряжений. Температура отжига под напряжением ниже температуры рекристаллизации, как правило, 450

650 ℃. Время растворения составляет соответственно 0.25

4 часа для промышленного чистого титана, 0.5

2 часа для механических деталей и 2

12 часов для сварки деталей, которые затем охлаждаются на воздухе.

Обработка и старение раствора 3

Для повышения прочности титановый сплав с α- и стабильной β-фазами нельзя подвергать интенсивной термической обработке. Твердый раствор и обработка старением должны быстро охладиться из высокотемпературной области, чтобы получить более высокое содержание β-фазы. Это разделение фаз поддерживается за счет закалки; при последующем старении происходит разложение нестабильной β-фазы, что обеспечивает высокую прочность для упрочнения сплава.

Двойной отжиг 4

Двойной отжиг улучшает пластичность и ударную вязкость двухфазного сплава и стабилизирует микроструктуру. Температура первого отжига выше или близка к температуре рекристаллизации, так что процесс рекристаллизации полностью выполняется, а затем происходит охлаждение на воздухе. Поскольку ткань недостаточно стабильна после отжига, необходим второй отжиг, который затем нагревают до более низкой температуры и выдерживают в течение длительного времени, чтобы оптическая фаза полностью разложилась и агрегировалась, чтобы гарантировать стабильность ткани. Двойной отжиг также может быть использован для титанового сплава Gr5.

Изотермический отжиг 5

Подходит для сплава α + β Ti. Из-за высокого содержания стабильной β-фазы трудно полностью разложиться при охлаждении воздухом для получения удовлетворительного эффекта размягчения при полном отжиге. Поэтому часто применяют изотермический отжиг. Нагревают титановый сплав до точки фазового перехода (альфа + бета) / бета ниже 30

80 ℃, а затем охлаждают в печи или удаляют артефакт до температуры ниже изотермической температуры превращения 300

Процесс дегидрирования 6

Процесс дегидрирования направлен на устранение водородной хрупкости. Дегидрирование проводится в вакуумной печи, где тепло вызывает выделение водорода из сплава Ti, также известное как вакуумный отжиг. Температура отжига составляет 540

760 ℃, время выдержки 2

4 часа после охлаждения на воздухе, степень вакуума в вакуумной печи не превышает 1.33 Па. Комбинации времени и температуры для обработки раствора приведены в таблице ниже.

Источник