Svařování titanu: stínění, parametry a kontrola barvy svaru

Proč svařování titanu vyžaduje speciální kontrolu

Titan je chemicky velmi aktivní při zvýšené teplotě. Při pokojové teplotě je chráněn stabilním pasivním oxidovým filmem, ale jakmile se kov zahřeje nad zhruba 400 stupňů, začne absorbovat kyslík, dusík, vodík a uhlík z atmosféry rychlostí, která prudce stoupá s teplotou. V roztavené lázni je afinita dostatečně silná, že nechráněný titanový kov během několika sekund oxiduje a nitriduje.

Toto chování je důvodem, proč je svařování titanu řízeno řízením atmosféry spíše než samotnou obloukovou technikou. Titan má také nízkou tepelnou vodivost, takže teplo oblouku zůstává koncentrované v blízkosti svaru, a relativně nízký koeficient tepelné roztažnosti, který omezuje zkreslení a pomáhá vytvářet čisté a zdravé spoje, když je stínění dostatečné.

Jak intersticiální prvky mění vlastnosti svaru

Protože kyslík a dusík zvyšují tvrdost a zároveň ničí houževnatost, je vzhled svaru praktickým indikátorem procesu: změna barvy ze stříbrné přes zlatou na modrou až šedou sleduje množství absorbované kontaminace. Většina druhů titanu omezuje uhlík na maximum 0,10 % a běžné komerční-třídy čistoty jsou udržovány na maximu 0,08 %, takže obrobek a přídavný drát musí být před svařováním zbaveny oleje a značkovací směsi.

Ochranný plyn a ochrana vlečení

Samotné stínění hořáku pro titan nestačí. Svarová lázeň je chráněna plynem hořáku, ale ztuhlá housenka a přilehlá tepelně-ovlivněná zóna zůstávají několik sekund po průchodu oblouku nad prahem kontaminace. Musí zůstat pod inertním plynem, dokud nevychladnou.

Používejte argon o čistotě 99,99 % nebo lepší jako hořákový plyn, koncový plyn a podpůrný nebo čisticí plyn.

Nasaďte zadní štít, který následuje za svítilnou a zakrývá korálek a tepelně-dotčenou zónu na obou stranách.

Proplachujte vnitřek spojů potrubí a nádob, dokud zbytkový kyslík nebude v rozsahu nízkého počtu dílů na milion.

Zkontrolujte rosný bod a průtok na výstupu a vyhněte se turbulencím, které nasávají vzduch do štítu.

Nikdy nedovolte, aby byl oblouk přerušen, když je elektroda stále horká a odkrytá; tok post-musí pokračovat i po zhasnutí oblouku.

Příprava a čištění spojů před svařováním

Čistota není volitelná. Oxidové okuje, řezná kapalina, otisky prstů, značkovací inkoust a třísky z obrábění – to vše vnáší do sváru uhlík, vodík nebo kyslík.

Připravte svarové úkosy obráběním spíše než broušením, aby na ploše spoje nezůstaly žádné abrazivní částice nebo zanořené nečistoty.

Odmastěte vhodným rozpouštědlem, poté odstraňte vrstvu oxidu kartáčem z nerezové oceli nebo kyselým čištěním a vytřete dosucha.

S připravenými spoji manipulujte pouze v čistých rukavicích; nepoužívejte stejné nástroje, jaké byly použity na uhlíkovou ocel.

Uchovávejte plnicí drát v původním obalu až těsně před použitím a před podáváním jej otřete.

Přídavný kov se vybírá z klasifikace AWS A5.16, například ERTi-2 pro základní kov Grade 2 nebo ERTi-5 pro Ti-6Al-4V, a musí být přizpůsoben jakosti obecného kovu a požadované pevnosti a tažnosti spoje.

Parametry svařování a oblouková praxe

Titan se běžně svařuje obloukovým svařováním plynovým wolframem se stejnosměrnou zápornou elektrodou nebo plazmovým obloukem, elektronovým paprskem nebo laserovými procesy pro výrobní práce. Základní pravidla jsou u všech konzistentní: nízký tepelný příkon, žádné tkaní, žádné nadměrné kolísání rychlosti jízdy a nepřetržité stínění.

Údery oblouku, rozstřik a prudké změny rychlosti pojezdu, to vše vytváří místní znečištění nebo nerovnoměrné tuhnutí. Tam, kde musí být spoj přemístěn, měl by být částečně dokončený svar stále chráněn, dokud nevychladne pod prahovou hodnotu oxidace.

Po-tepelném zpracování svaru a přijetí barvy svaru

Tepelné zpracování po svaření by se mělo vyvarovat, kdykoli to konstrukce umožňuje, protože jakýkoli tepelný cyklus zvyšuje riziko další kontaminace a růstu zrn. Pokud je požadováno uvolnění napětí, teplota se obecně udržuje pod přibližně 650 stupni a atmosféra pece musí být vakuum nebo vysoce čistý inertní plyn. Obrobek musí být před vstupem do pece čistý, protože zbytkový olej se rozloží a usadí uhlík.

Barva svaru je standardním- kritériem přijatelnosti u titanových výrobků. Sekvence probíhá od stříbrné-bílé, což znamená bez oxidace, přes světlou slámu, pak sytě slámovou a modrou až po šedou nebo bílou, což znamená silnou oxidaci. Stříbrné a světlé slámové svary indikují přijatelné stínění. Hluboká sláma může být tolerována pro ne-kritické úkoly. Modré a šedé povrchy naznačují znečištěný, tvrdý a křehký svar a takové spoje jsou obvykle odstraněny a znovu{7}}svařeny, nikoli přijaty.

Mezi podpůrné kontroly patří přechod tvrdosti přes svar a oblast ovlivněnou teplem{0}}, testování ohybem, radiografické nebo penetrační vyšetření hotového spoje a u tlakových zařízení tlaková zkouška vyžadovaná příslušnými stavebními předpisy.

FAQ

Otázka: Proč na barvě titanových svarů tolik záleží?
Barva odráží oxidaci: stříbrná znamená správné stínění, zlato nebo sláma vykazuje mírnou oxidaci a modrá nebo šedá značí silné znečištění se sníženou tažností a houževnatostí.

Otázka: Jaká čistota ochranného plynu je potřebná pro svařování titanu?
Argon o čistotě 99,99 % nebo lepší se používá pro hořák, vlečný a podpůrný plyn, přičemž vnitřek spoje je vyčištěn na velmi nízkou hladinu zbytkového kyslíku.

Otázka: Měly by být titanové svarové úkosy broušeny nebo obráběny?
Úkosy jsou opracovány, nebroušeny, takže abrazivní částice a usazené nečistoty nejsou zaneseny do spoje.

Otázka: Je u titanu potřeba tepelné zpracování po-svaření?
Vyhýbá se tam, kde to aplikace umožňuje; když je specifikováno uvolnění napětí, teplota se normálně udržuje pod asi 650 stupni ve vakuu nebo v inertní atmosféře.

Otázka: Jaký přídavný kov se používá pro Ti-6Al-4V?
Výplň ERTi-5 podle klasifikace AWS A5.16 odpovídá základnímu kovu Ti-6Al-4V, zatímco nelegované spoje Grade 2 běžně používají ERTi-2.

Otázka: Co se stane, když titan během svařování absorbuje vodík?
Rázová houževnatost prudce klesá a tvorba hydridu křehne spoj, což je důvod, proč se před svařováním uplatňují limity vodíku a úplné odmaštění.