Как сваривать титан и его сплав?

Металлический титан использовался в различных областях из-за его беспрецедентных преимуществ, таких как легкий вес, высокая прочность, хорошая устойчивость к высоким и низким температурам, отличная трещиностойкость и коррозионная стойкость во влажном газообразном хлоре. Сварка титана представляет собой особенно серьезную проблему для многих сварщиков, поскольку сам металл является довольно новым для большинства отраслей промышленности. Хотя при сварке можно использовать многие материалы, ни один из них не обладает сочетанием долговечности, гибкости и прочности, присущих титану. Такое сочетание характеристик делает материал чрезвычайно трудным для работы и создает особые проблемы даже для квалифицированных рабочих, которые обучены и имеют опыт в сварке. Это делает сварку титана чрезвычайно сложной. Здесь мы обсудим сварку титана и его сплава, если интересно, читайте дальше!

Анализ свариваемости

  • Охрупчивание из-за загрязнения интерстициальных элементов

Титан - активный химический элемент при высоких температурах. Титан может быстро поглощать водород при температуре выше 300 ℃, быстро поглощать кислород при температуре выше 600 ℃ и быстро поглощать азот при температуре выше 700 ℃. Если во время сварки и охлаждения после сварки не будет получена эффективная защита, пластичность снизится, а хрупкость увеличится. Содержание углерода в титановом материале обычно контролируется ниже 0.1%, потому что, когда углерод превышает его растворимость, он образует твердый и хрупкий TiC с сетчатым распределением, что легко вызывает трещины.

  • Горячая трещина

Из-за титана и титана содержание примесей в сплавах меньше, нелегко получить горячие трещины, которые предъявляют высокие требования к качеству сварочная проволока, неквалифицированная сварочная проволока вызовет трещины, прослойки и другие дефекты, большое количество примесей может вызвать сварочные горячие трещины.

  • В зоне воздействия ТЕПЛА может произойти замедленное растрескивание.

Во время сварки водород в ванне и основной металл в низкотемпературной зоне диффундирует в зону теплового воздействия, что приводит к накоплению водорода в зоне теплового воздействия и вызывает трещины в неблагоприятных условиях напряжения.

  • пористость

Пористость - наиболее частый дефект при сварке титана и титановых сплавов. Обычно это пористость сварного шва и пористость линии плавления, пористость обычно находится рядом с линией плавления, когда энергия линии сварки больше, но в основном в зоне сварки, особенно когда поверхность сварки загрязнена водой и маслом.

Сварочные технологии

  • Метод сварки

Метод сварки GTAW, подключение на постоянном токе, с использованием высокочастотного зажигания дуги и гашения дуги сварочным аппаратом.

  • Сварочный материал

При выборе сварочной проволоки предел прочности сварочного шва должен быть не ниже нижнего предела нормативной прочности отожженного основного металла, пластичность и коррозионная стойкость сварного шва после состояния сварки не ниже отожженного. основной металл или аналогичный основному металлу, и свариваемость хорошая.

Химический состав Проволока ЭР Ти-2 показано в таблице ниже.

Сварочная проволокаTiFeCNO
ЭРТи-2Баланс0.30.10.050.0150.25
Таблица 1
  • Выбор защитного газа и цвета сварного шва

Чистота аргона для сварки не должна быть ниже 99.99%, влажность должна быть менее 50 мл / м³, а точка росы не должна быть выше -40 ℃. Его нельзя использовать, когда давление аргона в баллонах ниже 0.981 МПа. Сварочная ванна и зона, где температура внутренней и внешней поверхности сварного шва превышает 400 ℃, защищены газом аргоном.

Цвет сварных швовСеребро Светло-желтогоТемно-желтыйПурпурный (металлический блеск)Синий (металлический блеск)Off-white, желто-белый
Чистота газообразного аргона99.99%98.7%97.8%97.5%97%96%
Качество сваркиВысокое качествоХорошо КвалифицированныйКвалифицированныйнеквалифицированный неквалифицированный
Таблица 2
  • Подготовка к сварке

Следует принять эффективные меры, чтобы избежать взаимного растворения стали и титана в процессе сварки, поддерживать чистоту на месте и избегать использования металлических инструментов.

Обработка пазов. После резки титановой трубы шлифовальный станок используется для полировки канавки. Угол канавки составляет 30 ° ± 2.5 ° с одной стороны, а тупой край - 0.5 ~ 1.5 мм. Обработка канавки не должна приводить к изменению цвета основного металла из-за перегрева. Внутренняя и внешняя поверхности канавки и ее стороны в пределах 25 мм должны быть очищены следующим образом: полировка полировальной машиной - полировка наждачной бумагой - очистка ацетоном. Очистите сварочную проволоку губкой, смоченной ацетоном, и внимательно проверьте, нет ли трещин и прослоек возле канавки основного металла и сварочной проволоки, и дождитесь, пока конец канавки высохнет, перед началом работы. Если сварка не может быть произведена вовремя, следует использовать самоклеющуюся ленту и пластиковый лист для защиты канавки. Время от чистки до сварки не более 2 часов, перчатки сварщика должны быть чистыми перед использованием должны быть очищены безводным этанолом (или ацетоном), избегайте прилипания хлопкового волокна к поверхности сварщика.

  • Параметры процесса сварки

толщина стенки

Сварочный слой

Диаметр вольфрамового электрода

Сварочный ток

Диаметр проволоки

Поток газообразного аргона

Диаметр сопла

Сварочная ручка

Перетащите крышку

Труба

3-4

2

2.4

75-95

2.5

11-13

20-22

11-22

12

5-6

3

2.4

90-120

2.5

12-15

20-22

11-22

18

7-8

3-4

3.0

120-160

3.0

12-15

20-22

11-22

18

Стоит отметить, что при условии обеспечения хорошего формирования сварного шва по возможности следует выбирать сварку с малой мощностью, а температура между слоями не должна быть выше 200 ℃, чтобы предотвратить слишком долгий рост зерна при высокой температуре. температура. Процесс сварки должен выполняться под защитой аргона: сопло сварочной горелки должно использоваться для защиты расплавленной ванны, защитный кожух сварочной горелки должен использоваться для защиты горячего сварного шва и внешней поверхности зоны стыка, а также труба должна быть заполнена аргоном для защиты сварного шва и внутренней поверхности зоны стыка. При сварке титановой трубы большого диаметра сварщик должен использовать противогаз и ручной защитный чехол для защиты задней части сварочной ванны.

При сварке труб малого диаметра или с фиксированным отверстием растворимую бумагу следует использовать в том месте, где поверхность титановой трубки находится на расстоянии 150-300 мм от канавки (следует принимать большее значение в зависимости от работоспособности), чтобы предотвратить повреждение. запечатайте растворимую бумагу от повреждения из-за чрезмерного давления в трубке, а затем следует заполнить газообразным аргоном для выпуска воздуха в трубке. Перед сваркой необходимо полностью заправить аргон, а после сварки следует подождать с подачей аргона, чтобы полностью охладить высокотемпературную зону и предотвратить окисление поверхности.

Сварочный контроль

Сварщик должен очистить поверхность валика до хорошего внешнего вида.

Ширина должна быть на 2 мм выше края канавки. Высота носка углового шва должна соответствовать проектным требованиям, а форма должна быть гладкой. Качество поверхности должно соответствовать следующим требованиям: не допускаются такие дефекты, как прикус кромок, трещины, несплавление, пористость, шлаковые включения и брызги; Остаточная высота сварного шва: при толщине стенки менее 5 мм 0 ~ 1.5 мм; Когда толщина стенки больше 5 мм, она составляет 1-2 мм; Величина ступенчатого края на поверхности шва c-образной формы не должна превышать 10% толщины стенки и не более 1 мм.

Нижние сварные швы должны быть проверены проникающим методом и должны быть признаны без трещин и любых других поверхностных дефектов. Проверьте цвет поверхности каждого сварного шва, который указывает на изменение цвета поверхностной оксидной пленки при разных температурах, а их механические свойства не совпадают. (См. Таблицу 3) Примечание. Метод травления следует использовать, чтобы отличить низкотемпературное окисление от высокотемпературного окисления.

Наконечники для сварки аустенитной нержавеющей стали

Аустенитная нержавеющая сталь является наиболее широко используемым типом нержавеющей стали, в основном Cr18-Ni8, Cr25-Ni20, Cr25-Ni35. Сварка аустенитной нержавеющей стали имеет очевидные характеристики:

  • Сварка горячей трещины.

Аустенитная нержавеющая сталь легко образует объемную столбчатую зернистую структуру, когда сварные детали соединяются с высокой температурой и временем удержания дольше из-за небольшой теплопроводности и большого коэффициента линейного расширения. В процессе затвердевания, если содержание серы, фосфора, олова, сурьмы, ниобия и других примесных элементов выше, это приводит к образованию эвтектики с низкой температурой плавления между зернами. Когда сварное соединение подвергается высокому растягивающему напряжению, в сварном шве легко образуются трещины затвердевания, а в зоне термического влияния легко образуются трещины разжижения, которые представляют собой термические трещины при сварке. Наиболее эффективным методом предотвращения горячих трещин является уменьшение количества примесных элементов, которые легко образуют эвтектику с низкой температурой плавления в стали и сварочных материалах, и обеспечение содержания ферритной структуры Cr-Ni аустенитной нержавеющей стали на 4–12%.

  • Межкристаллитная коррозия.

Согласно теории обеднения хрома, осаждение карбида хрома на межкристаллитной поверхности, приводящее к обеднению хрома на границе зерен, является основной причиной межкристаллитной коррозии. Поэтому выбор марок со сверхнизким содержанием углерода или сварочных материалов, содержащих стабилизированные элементы, такие как ниобий и титан, является основными мерами по предотвращению межкристаллитной коррозии.

  • Коррозионное растрескивание под напряжением.

Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) обычно представляет собой хрупкое разрушение, время обработки разрушения короткое, а повреждение является серьезным. Остаточное сварочное напряжение является основной причиной коррозионного растрескивания аустенитной нержавеющей стали. Причинами также являются изменение микроструктуры сварного шва или концентрация напряжений местных агрессивных сред.

  • σ-фазовое охрупчивание сварных соединений

σ-фаза представляет собой хрупкое интерметаллическое соединение, которое в основном концентрируется на границе столбчатых зерен. Для хромоникелевой аустенитной нержавеющей стали, особенно для нержавеющей стали Ni-Cr-Mo, она склонна к фазовому переходу δ-σ, и это изменение будет более очевидным, когда содержание δ-феррита в сварных соединениях превышает 12%, в результате чего очевидное охрупчивание в металле шва, поэтому количество дельта-феррита в поверхностном слое горячей стенки реактора гидрирования будет контролироваться в пределах 3% ~ 10%.

Какой сварочный материал подходит для сварки нержавеющей стали 304?

Сварочный материал типа 308 рекомендуется при сварке нержавеющей стали 304, поскольку дополнительные элементы из нержавеющей стали 308 могут лучше стабилизировать зону сварки. Провода 308L тоже приемлемый вариант.

Содержание углерода в низкоуглеродистой нержавеющей стали составляет менее 0.03%, в то время как стандартная нержавеющая сталь может содержать до 0.08% углерода. Производители должны уделять особое внимание использованию материалов для сварки L-углеродом, поскольку их низкое содержание углерода снижает склонность к межкристаллитной коррозии. Производители сварки GMAW также используют сварные швы 3XXSi, такие как 308LSi or 316LSi потому что Si улучшает смачивание сварных швов. В случаях, когда сварная деталь имеет высокий выступ или плохое соединение ванны на носке углового или нахлесточного сварного шва, использование экранированной проволоки, содержащей Si, может увлажнить сварной шов и увеличить скорость наплавки. Сварочные материалы типа 347 с небольшим содержанием Nb могут быть выбраны, если учесть осаждение карбида.

Как сваривать нержавеющую и углеродистую сталь?

Некоторые детали конструкции приварены к поверхности из углеродистой стали с антикоррозийным слоем для снижения затрат. При сварке углеродистой стали с легированным основным металлом использование сварочного материала с более высоким содержанием сплава может сбалансировать степень разбавления сварного шва. Например, при сварке углеродистой стали и нержавеющей стали 304 или 316, а также других разнородных нержавеющих сталей подходящим выбором будет проволока или электрод 309L.

Если вы хотите получить более высокое содержание Cr, используйте 312 сварка материал. Следует отметить, что степень теплового расширения аустенитной нержавеющей стали на 50% выше, чем у углеродистой стали. При сварке разница в скорости теплового расширения вызывает внутреннее напряжение, которое приводит к трещине. В этом случае необходимо выбрать соответствующий сварочный материал или указать соответствующий процесс сварки (рис. 1). Он показывает, что при сварке углеродистой и нержавеющей стали деформация коробления, вызванная разной степенью теплового расширения, требует дополнительной компенсации.

Что такое правильная подготовка перед сваркой?

Перед сваркой используйте не содержащий хлора растворитель для удаления жира, следов и пыли, чтобы избежать коррозионной стойкости основного материала из нержавеющей стали по сравнению с углеродистой сталью. Некоторые компании используют раздельное хранение нержавеющей стали и углеродистой стали, чтобы избежать перекрестного загрязнения. При использовании специальных шлифовальных кругов и щеток из нержавеющей стали для очистки области вокруг скосов иногда необходимо выполнить вторичную очистку стыков. Поскольку операция компенсации электродов при сварке нержавеющей стали сложнее, чем при сварке углеродистой стали, очистка стыка важна.

Какова правильная послесварочная обработка?

Прежде всего, давайте вспомним, что причина, по которой нержавеющая сталь не ржавеет, заключается в том, что Cr и O реагируют на поверхности материала с образованием слоя плотного оксидного слоя и играют защитную роль. Ржавчина на нержавеющей стали вызывается выделением карбида и нагревом во время процесса сварки, что приводит к образованию оксида железа на поверхности сварки. Совершенные сварные детали в состоянии сварки также могут образовывать поднутрения в ржавой зоне на границе зоны термического влияния сварки в течение 24 часов. Следовательно, чтобы регенерировать новый оксид хрома, нержавеющую сталь необходимо отполировать, протравить, отшлифовать или промыть после сварки.

Как контролировать выделение карбидов в аустенитной нержавеющей стали?

Когда содержание углерода превышает 0.02% при 800–1600, C диффундирует к границам аустенитных зерен и вступает в реакцию с Cr на границах зерен с образованием карбидов хрома. Если большое количество Cr отверждается элементом C, коррозионная стойкость нержавеющей стали снизится, и возникнет межкристаллитная коррозия при воздействии агрессивной среды. Результаты экспериментов показывают, что межкристаллитная коррозия возникает в зоне термического влияния сварки в резервуаре для воды с агрессивными средами. Использование низкоуглеродистых сварочных материалов или материалов из специальных сплавов может снизить склонность к выделению карбидов и повысить коррозионную стойкость. Nb и Ti также могут быть добавлены для отверждения C. По сравнению с Cr, элементы Nb и Ti имеют большее сродство с C. grade347 сварочный материал предназначен для этой цели.

Почему проволока из нержавеющей стали магнитная?

Нержавеющие стали с полной аустенитной структурой немагнитны. Однако более высокая температура сварки приводит к увеличению зерен в микроструктуре и повышается склонность к растрескиванию после сварки. Чтобы снизить чувствительность к термическому растрескиванию, производитель сварочных материалов добавляет в сварочный материал элементы, образующие феррит (рис. 2). Ферритная фаза уменьшает размер зерна аустенита и увеличивает трещиностойкость. На следующем рисунке показана ферритная фаза (серая часть), распределенная на аустенитной матрице сварочного материала 309L.

Магнит не прилегает прочно к металлу аустенитного шва, но при его броске можно почувствовать легкое всасывание. Это также заставляет некоторых пользователей полагать, что продукт имеет неправильную маркировку или что используется неподходящий припой (особенно когда этикетка удаляется с упаковки). Количество феррита в сварочном материале зависит от рабочей температуры области применения. Например, избыток феррита снижает ударную вязкость при низких температурах. В результате количество феррита для сварочных материалов марки 308, используемых в трубопроводах СПГ, составляет от 3 до 6, в то время как количество феррита для стандартных сварочных материалов типа 308 составляет 8. Короче говоря, сварочные материалы могут выглядеть одинаково, но даже с небольшими различиями в композиция иногда может иметь большое значение.

Как избежать пористости самозащитной порошковой сварочной проволоки

В прошлой статье мы рассказали, что такое безмедная сварочная проволока и ее преимущества. Как мы знаем, в основном существует два вида сварочной проволоки в зависимости от ее защиты: первая - это сварочная проволока, которая использует флюс или газовую защиту, сварочная проволока играет роль наполнителя металла и проводит электричество, например, сварка под флюсом, сварка сплошной сердцевиной. проволока и часть порошковой сварочной проволоки, используемой при сварке в среде защитного газа CO2; Другой вид - сварочная проволока с флюсовой сердцевиной без внешней газовой защиты, в ней используются легирующие элементы самой проволоки и высокая температура, чтобы предотвратить проникновение кислорода, азота и других газов в воздух и отрегулировать состав металла шва. , которая называется самозащитной порошковой проволокой, представляет собой немного дорогую, но потенциально возможную сварочную проволоку.

В настоящее время самозащитная порошковая проволока широко используется в строительстве трубопроводов, океанотехнике, производстве крупных стальных конструкций на открытом воздухе, строительстве высотных стальных конструкций, наплавке поверхностей, особенно при сварке легких конструкций, таких как тонкая углеродистая сталь и оцинкованная сталь. пластина. Самозащитная порошковая проволока защищает каплю и расплавленную ванну за счет газа и шлака, образующихся шлакообразующим и газообразующим агентом в сердечнике дуги под действием высокой температуры, а сварочная пористость или сварочные поры являются Распространенная проблема при полуавтоматической сварке самозащитной порошковой проволоки, поэтому мы анализируем и принимаем меры по их устранению.

Причина появления пор у самозащитной порошковой сварочной проволоки

Скорость охлаждения сварки

Из-за силы тяжести самого жидкого металла в вертикальном участке сварки скорость сварки выше, а глубина плавления шва мала, что увеличивает скорость охлаждения жидкого металла в сварном шве, снижает утечку газа и вызывает больше пор в сварном шве.

Сварочные брызги

Когда брызги оксида металла, приставшие к переднему концу токопроводящего сопла, достигают определенного количества, они попадают в расплавленную ванну вместе с движущейся сварочной проволокой. Это становится более серьезным с увеличением количества металла в сварном проходе, что приводит к возникновению пористости в сварном проходе.

Сварной шов

Сварное соединение горячего сварочного слоя, заполняющего слоя и покровного слоя легко совмещается, что увеличивает вероятность образования плотных пор в сварном шве.

Внешняя среда

Когда сварочная проволока находится на открытом воздухе с высокой влажностью, сварочная проволока легко может стать влажной. Кроме того, отсутствие мер по защите от ветра при скорости ветра более 8 м / с также является важной причиной появления пор в сварном проходе.

Параметры процесса сварки

При наличии узкого диапазона регулировки параметров сварочного процесса полуавтоматическая сварка самозащитной порошковой проволокой. Обычно напряжение дуги составляет от 18 до 22 В, а скорость подачи проволоки - от 2000 до 2300 мм / мин. В противном случае высокое напряжение легко вызвать эффект защиты от шлака на поверхности сварного шва не очень хорошо, легко образуются поры.


Как избежать сварочных пор?

  • Перед сваркой отрегулируйте напряжение дуги и параметры сварки.

Источник питания для сварки использует источник постоянного и инверторного питания, прямое подключение постоянного тока (DC-): сварочные детали подключаются к положительному полюсу источника питания, а сварочная горелка подключается к отрицательному полюсу источника питания. Сварочный заземляющий провод находится как можно ближе к зоне сварки, и необходимо убедиться в том, что проводимость хорошая (окислен ли заземляющий провод, прочно ли соединение, и не должно ли быть ржавчины в месте контакта между заземляющий провод и основной металл). Если проводимость плохая, это вызовет нестабильность дуги.

Параметры сварки напрямую влияют на качество сварки. Слишком малый ток легко может вызвать неполное плавление, шлак и другие дефекты, в то время как слишком большой ток легко может вызвать прожог, увеличение брызг, вплоть до сварки, вызванной каплями шлака и расплавленного железа, не может применяться для сварки, также легко появляются поры. Слишком низкое напряжение, легко вызвать нестабильность дуги, верхний провод, неполную ванну расплава и включение шлака. Напряжение слишком высокое, дуга находится слишком далеко от ванны расплава, в ванне расплавленного вещества присутствует воздух, и возникают дыры.

Характеристики Size упаковкаПолярность
AWS A5.20 E71T-11
AWS A5.20 E71T-GS
0.8мм
0.9мм
1.0мм
1кг
5кг
Подключение постоянного тока, положительный заземляющий провод, отрицательный сварочный пистолет
  • Угол сварочной горелки

Перед сваркой покровного слоя, если заполняющий слой в вертикальном участке сварки слишком низкий или слишком высокий, он должен быть обрезан до тех пор, пока высота сварки заполняющего слоя не станет примерно на 0.5 ~ 1.0 мм ниже, чем основной металл, перед сваркой можно проводить следующую процедуру.

  • Контролируйте длину выдвижения и угол наклона сварочной проволоки.

Как правило, его следует контролировать в 6 ~ 10 раз больше диаметра сварочной проволоки, обычно 15 ~ 20 мм, например, удлинение в сухом состоянии слишком велико, приведет к слишком быстрому плавлению сварочной проволоки, уменьшению силы дуги. Слишком короткий приведет к слишком быстрому накоплению брызг оксида металла на передней части токопроводящего сопла; Слишком долгое время снизит напряжение дуги и повлияет на качество сварки. Кроме того, перед сваркой необходимо проверить и очистить токопроводящую насадку. Угол сварочной проволоки обычно требуется для поддержания 800 ~ 900 между сварочной проволокой и заготовкой, чтобы избежать нисходящего потока расплавленного шлака и расплавленного железа вблизи вертикального положения, что влияет на плавность процесса сварки и подвержено дефектам, например: шлаковые включения и пористость.

  • Необходимая подготовка перед сваркой.

Поверхность свариваемых деталей должна быть однородной и гладкой, на ней не должно быть ржавчины, шлаков, жира и других вредных веществ, влияющих на качество сварки.