Сварка титановых сплавов

Лазерная сварка металлических изделий

Лазерную сварку следует рекомендовать к применению, когда необходимо получить следующие требования к изделию:

- получение прецизионной конструкции и размеры которой практические не должны меняться;

- малой зоны термического влияния;

- минимальных остаточных напряжённых состояний;

- высокой коррозионной стойкости, а также других требований при которой другие технологии изготовления сварной конструкции не могут выполнить данные условия.

Качество и надежность сварных соединений, выполняемых лазерным лучом, в значительной степени определяются точностью сборки элементов под сварку. Необходимая точность сборки достигается подготовкой свариваемых кромок на металлорежущих станках (строганием, фрезерованием, точением).

Поверхность металла в зоне сварки следует очищать от окалины, ржавчины, других загрязнений, а также от влаги. Указанные загрязнения и влага создают условия для образования пористости, оксидных включений, а в некоторых случаях и холодных трещин в металле шва и зоне термического влияния за счет насыщения водородом.

Зачищать свариваемые поверхности следует щетками из нержавеющей стали на участке не менее 10-15 мм как выше, так и ниже свариваемых кромок. Зачищаются также торцевые поверхности, прилегающие к свариваемым участкам. После зачистки место сварки рекомендуется обезжирить. Сборка под сварку должна обеспечивать возможность тщательной подгонки кромок по всей длине шва с минимальным зазором и перекосом кромок. При толщине свариваемого материала >1,0 мм зазор не должен превышать 5-7% толщины (не более 0,2-0,3 мм). Смещение одной кромки относительно другой по высоте не должно превышать 20-25 % от толщины свариваемых деталей (не более 0,5 мм). При сборке под сварку не рекомендуются прихватки. В случае необходимости прихватки следует выполнять лучом лазера. Защищать поверхности шва от окисления следует гелием или смесью гелия с аргоном в соотношении 2:1, а также аргона с углекислым газом при соотношении 3:1, подаваемыми через специальное сопло. Корень шва с обратной стороны рекомендуется защищать аргоном. В некоторых случаях при сварке низкоуглеродистых сталей допускается отсутствие защиты шва. Характерные режимы непрерывной лазерной сварки некоторых сталей обеспечивают сочетание формирования качественного шва, высокой технологической прочности и высоких механических свойств сварного соединения.

Основными трудностями сварки титановых сплавов являются высокая химическая активность металла при повышенных температурах и особенно в расплавленном состоянии, склонность к росту зерна при нагреве до 330-350 °С и выше, а также повышенная склонность к образованию холодных трещин при повышении содержания в шве и околошовной зоне примесей газов, в особенности водорода. Перечисленные трудности устраняются при сварке с минимальными значениями погонной энергии, обеспечиваемыми такими высококонцентрированными источниками энергии, как лазерный и электронный лучи.

Необходима тщательная подготовка кромок под сварку, включая механическую обработку или дробеструйную, пескоструйную с последующим химическим травлением, осветлением и промывкой.

Существенно влияет на свойства сварных соединений качество защиты поверхности, корня шва, остывающих участков шва и околошовной зоны до 400-500 °С. Для защиты поверхности шва и плазмоподавления в зоне лазерного воздействия используется гелий высокой чистоты с ориентировочным расходом 10-12 л/мин. Для защиты остывающей поверхности шва и корня можно применять аргон повышенной чистоты с ориентировочным расходом для корня шва 4-5 л/мин и для поверхности шва 15-18 л/мин.

Режимы лазерной сварки выбираются из условий обеспечения качественного формирования, необходимой геометрии шва. предотвращения образования холодных трещин и создания наиболее благоприятных структур в шве и околошовной зоне (табл. 5). Повышенные механические свойства сварных соединений, выполненных лазерной сваркой (табл. 6), связаны с высокой скоростью процесса и соответственно с высокими скоростями охлаждения металла шва и околошовной зоны, составляющими в полиморфной области 400-600 °С/с по сравнению с 20-25°С/с при дуговой сварке. Это приводит к повышению дисперсности металла шва в три-четыре раза, а также значительному измельчению зерна в околошовной зоне.

Таблица 5

Режимы лазерной сварки титановых сплавов

Сплав	Толщина мм	Р, кВт	Vсв, м/ч	F, мм
ВТ6	3,0	3,0
	5,0	4,0
ВТ28	2,0	4,0
	3,0	3,3
ПТЗВ	4,0	4,0
	5,0	4,0

Таблица 6

Механический свойства сварных стыковых соединения из титанового сплава, полученных разными способами

Сварка	Pв, Н/мм^2	P-1, Н/мм^2	KCU, Дж/см^2
шва	ЗТВ*
Аргонодуговая
Электронно-лучевая
Лазерная
Основной металл

* - Зона термического влияния.

Дата добавления: 2014-11-29