Особенности сварки титана

(молибдена, циркония, ниобия, тантала, вольфрама)

Область применения титановых сплавов:

Ракетостроении - в ракетной технике доля титана - до 30% (силовые агрегаты,корпуса ракетных двигателей второй и третьей ступеней).

Ракетные комплексы «Восток» и «Союз», беспилотных «Луна», «Марс», «Венера», а также в космических системах – «Энергия» и орбитальном корабле «Буран».

Детали ракет «Тополь М» и «Булова»

Самолетостроении - доля титановых сплавов в самолете в зависимости от его типа и назначения колеблется от 4 до 12%.

Цельносварная броня из титановых сплавов - кабина летчика, фюзеляж истребителей МИГ 31 -16% титана

ТУ160 (длина - 54 метра) - доля титановых сплавов в массе планера - 20%.

«Хребтом» бомбардировщика можно назвать центральную титановую балку длиной 12,4 м и шириной 2,1 м, вокруг которой и группировались остальные элементы планера. Например, на ее шарнирные узлы навешивались крылья. Для изготовления балки был разработан технологический процесс электронно-лучевой сварки в вакууме.

Судостроении - тяжёлые ракетные подводные крейсеры стратегического назначения проекта 941 «Акула» -прочный корпус из титанового сплава

Длина наибольшая	172,0 м
Ширина наибольшая	23,3 м

Основная проблема при сварке титановых сплавов (а также активных металлов: молибдена, циркония, ниобия, тантала, вольфрама) - получение сварных соединений с хорошей пластичностью.

У титана наиболее высокая (среди тугоплавких металлов) химическая активность к кислороду, азоту, водороду: допускается содержание в титане этих элементов: О₂< 0,15, N₂ < 0,05, Н₂ < 0,01.

Заметное насыщение металла шва кислородом, азотом, водородом в процессе сварки происходит при температурах ≥ 350ºС. Титан взаимодействует при повышенных температурах с газами с образованием устойчивых соединений (оксидов (TiO₂), нитридов (TiN), гидридов - TiH₂ – тонкие, хрупкие пластины, которые располагаются по границам зерен, и вызывают резкое охрупчивание металла (снижение пластичности и длительной прочности).

При сварке высокоактивных металлов необходимо защищать зону металла, нагретую свыше 300ºС от насыщения газами. С этой целью необходимо обеспечивать:

1, Тщательную очистку свариваемых поверхностей перед сваркой.

2. Применять способы сварки, обеспечивающие эффективную защиту металла сварного соединения:

Дуговая сварка в условиях струйной защиты сварного соединения.

С целью расширения зоны струйной защиты применяют дополнительные колпаки-приставки (1) длиной до 500 мм.

Защиту обратной стороны шва осуществляют подачей инертного газа в специальную подкладку с отверстиями, расположенными вдоль стыка.

Дуговая сварка в контролируемой атмосфере.

Наиболее эффективная защита металла шва и околошовной зоны обеспечивается при сварке в камерах с контролируемой атмосферой.

- жесткие местные камеры: применяются для защиты части свариваемого изделия, главным образом крупногабаритного. Заполнение камеры инертным газом осуществляется предварительной продувкой. Во время сварки газ непрерывно подается в камеру для обновления защитной атмосферы и предупреждения подсоса воздуха;

- жесткие камеры: наиболее эффективное средство общей защиты свариваемого изделия. Перед заполнением камеру вакуумируют до 10^-4 мм. рт. ст., а затем наполняют аргоном до избыточного давления 0,1 атм. Ручную сварку осуществляют посредством специальных герметичных перчаток, вмонтированных в стенки камеры. Механизированную при дистанционном управлении.

- обитаемые камеры (объем 450 м³): для сварки сложных, крупногабаритных, дорогостоящих изделий. Сварщик в этом случае работает внутри камеры, заполненной инертным газом в специальном скафандре.

Состав атмосферы камеры зависит от десорбции и диффузии газов с внутренней поверхности, а также выделений при переплаве основного и присадочного материала. При достижении предельно допустимых значений по О₂, N₂, Н₂ атмосферу обновляют.