Титановые сплавы являются сравнительно новыми конст­рукционными материалами. Они обладают рядом ценных свойств, обусловливающих их широкое применение в авиационной про­мышленности, ракетостроения, судостроении, химическом маши­ностроении и других отраслях производства.

Главное достоинство этих материалов — сочетание высоких механических характеристик и коррозионной стойкости с малой плотностью (4,5 г/см1). Для ряда отраслей большое значение имеют и некоторые специфические свойства титановых сплавов: возмож­ность получения высоких механических свойств при повышенных температурах, пригодность для работы при очень низких темпера­турах, вплоть до температуры жидкого азота, сравнительно хорошая свариваемость, малый коэффициент линейного расширения, нсна - магничиваемость.

Эти материалы по своим свойствам относятся к теплостойким. Использование сплавов на основе титана особенно эффективно по сравнению с коррозионно-стойкими сталями до температуры 300— 350°С, а с алюминиевыми сплавами—начиная с 200°С. Обще­признанным температурным пределом применения большинства современных титановых сплавов в технике являются температуры порядка 500°С, а при кратковременных воздействиях высоких тем­ператур этот предел может быть еще выше.

Для сварных конструкций используют или технический титан ВТ1, имеющий ав — 700 МПа, или специальные сплавы, имеющие в своем составе в качестве легирующих добавок Al, Sn, Zr, Mn, Mo, Cr, Fe и др. Титан имеет две структурные модификации: высоко­температурную и низкотемпературную ((3-ТЇ и a-Ti соответственно) с температурой полиморфного превращения 883°С. В зависимости от влияния на полиморфное превращение все легирующие элемен­ты разделяют на а-стабилизаторы (А1), (3-стабилизаторы (V, Mo, Fe, Cr, Mn, Fe и др.) и нейтральные упрочните ли (Zr, Sn). В зависимости от системы легирования и структуры в нормализованном состоянии получаемые сплавы подразделяются на три класса: а-сплавы со структурой стабильной a-фазы; (а + р)-сплавы, структура которых содержит а - и (3-фазы; р-сплавы со структурой стабильной р-фазы. Легированием получают сплавы, обладающие высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости. По гарантированной прочности титановые сплавы подразделяют на высокопластичные с прочностью сгв = 700 МПа, средней прочности с сгв = 750 - Л 000 МПа, высокопрочные с 8В = 1000 МПа.

В табл. 20.3 приведены химический состав и свойства некоторых применяемых в отечественной промышленности свариваемых тита­новых епдавов. Большинство указанных сплавов обладают высокими технологическими характеристиками: достаточно пластичны, поддаются обработке давлением без нагрева, удовлет­ворительно свариваются. Основным обстоятельством, затрудня­ющим сварку этих материалов, является высокая химическая активность титана при высоких температурах по отношению к активным газам (азоту, кислороду, водороду). Механические свой­ства титановых сплавов сильно зависят от таких примесей (их

ЬО 30 ГЧ V; c cc ОС ■4Г т я t= 5 8 1 о 8 О 1-Г) т г- 700—900 і-------------------- '900—1100 о о T о ЧГ| ON 1100—1500 1350—1500 с £ Т о е: -t X с 1 с C/j 1 1 г) U 1 с rl >  1 1 1 43- ~ С ■ГО 1 О чС элементов. % <  1 •D *Г) 1 о rf vo сн 1 О rs y/~ О ‘Г) J ■^г І/-, ГИ ги •и 3 й § 1 1 1 1 - - - и Я 1 1 1 1 СП on _1 с S і 1 I 1 1 1 1 1 о :3 ії 9 <£l + з а- £ =3 3 О. Л S Р СЗ BT5-I 'T о 1 и чО 2Q р CQ rs) CN н « ‘■О Й0 чс U ь

содержание должно строго ограничиваться): 02 < 2%, N2< 0,05%, Н2 < 0,01%. В связи с этим необходимое условие получения качес­твенных соединений, особенно при сварке плавлением, — обеспе­чение надежной защиты от газов не только сварочной ванны, но и остывающих участков металла шва и околошовной зоны, нагретых до температуры выше 350°С. Дополнительные затруднения при сварке создают большая склонность титана к росту зерна при нагреве до высоких температур и сложный характер фазовых и структурных превращений. Результатом этого является снижение пластичности и возникновение большой неоднородности свойств сварного соединения.

Сварку сплавов различных классов необходимо вести на режимах, обеспечивающих наиболее оптимальный интервал ско­ростей охлаждения, при которых степень снижения пластических свойств оказывается наименьшей. Исходя из этого а-сплавы целе­сообразно сваривать на режимах с минимальной погонной энер­гией, для (а + (З)-сплавов рекомендуются мягкие режимы с малыми скоростями охлаждения и для р-сплавов — режимы, обеспечиваю­щие высокую скорость охлаждения.

Титан и его сплавы не склонны к образованию горячих трещин. Это обусловлено благоприятным сочетанием физико-химических свойств титана и его сплавов, а именно малой величиной литейной усадки в сочетании с повышенной прочностью и пластичностью в области высоких температур. При сварке в большинстве случаев используют электродную проволоку, по составу аналогичную основному металлу.

Одним из основных дефектов металла шва при сварке титана и его сплавов является пористость. Часто встречается также образо­вание холодных трещин, возникающих при пониженной пластичности вследствие насыщения металла газами, в первую очередь водородом, причем холодные трещины в таких соединениях могут образовываться при хранении сварных конструкций. С целью предупреждения пор при сварке титана и его сплавов используют различные способы, которые можно разделить на три группы: 1) уменьшение количества адсорбированной влаги на кромках свариваемых деталей и поверхности сварочной проволоки, а также создание условий для удаления влаги из зоны сварки до формирования сварочной ванны; 2) использование режимов сварки, обеспечивающих наиболее полное удаление из сварочной ванны водорода; 3) связывание и интенсификация выделения водорода из сварочной ванны с использованием флюсов. Снижение количества адсорбированной влаги достигается за счет повышения чистоты обработки, а также регламентации условий и срока хранения под­готовленных к сварке деталей. Другим направлением снижения пористости из-за адсорбированной влаги может бьггь предотвра­щение формирования замкнутых полостей в зоне стыка. Эго достигается при сварке с гарантированным зазором. Наиболее эффективное предотвращение пор при сварке титана и его сплавов достигается при использовании флюсов на основе галогенов. При аргонодуговой сварке флюсом покрывают торцовые поверхности свариваемых кромок тончайшим слоем в виде пасты, замешанной на спирте.

Для соединения деталей из титановых сплавов применяют ос­новные способы сварки плавлением (дуговую с местной или общей защитой в инертных газах, под флюсом, электрошлаковую и др.).

При сварке в атмосфере инертных газов неплавящимся и пла­вящимся электродами используют аргон высшего сорта или гелий. При сварке с местной защитой используют различные насадки, обеспечивающие защиту основного металла, нагретого свыше тем­пературы 400°С. Защита создается не только с л вдовой стороны детали, но и с обратной стороны соединения. Для этого используют подкладки из пористого материала или специальных конструкций, обеспечивающих подвод газа с нижней стороны шва. Наиболее стабильной защитой является общая. О качестве защиты зоны сварки можно судить по внешнему виду сварных соединений. При хорошей защите поверхность металла в зоне сварки имеет се­ребристый цвет. При недостаточной защите появляются цвета побежалости, а при плохой — серые и бурые налеты.

Сварку неплавящимся электродом выполняют на постоянном токе прямой полярности. Для повышения стабильности процесса используют лантанированные вольфрамовые электроды. Для умень­шения перегрева металла в зоне термического влияния и улучшения формирования шва используют импульсное питание дуги.

Сварку плавящимся электродом выполняют на постоянном токе обратной полярности на режимах, обеспечивающих мелкокапелъ - ный перенос металла. При сварке наблюдается заметное разб­рызгивание. Более благоприятно импульсное питание дуги, обеспечивающее хорошее формирование швов, снижающее разб­рызгивание и улучшающее защиту. При сварке плавящимся элек­тродом из-за относительно большого электросопротивления титана устанавливают малый вылет электрода. В некоторых случаях для предупреждения образования пор сварку в атмосфере инертных газов осуществляют с применением галогенидных флюсов, наносимых на торцовые поверхности свариваемых кромок.

Для сварки под флюсом применяют бескислородные фюридные флюсы серии АНТ. Марку флюса выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла. Сварку осуществляют на постоян­ном токе обратной полярности и выполняют на медной, флюсо­медной подкладке или флюсовой подушке. Флюс перс сваркой прокаливают при температуре 200—300°С. При электрошлакоиой сварке титана и его сплавов для швов небольшой протяженности используют пластинчатые электроды толщиной 8—12 мм и шириной, равной толщине свариваемого металла, пластинчатый электрод выполняют из металла, по химическому составу ана­логичному составу свариваемого металла. Сварные соединения, выполненные электрошлаковой сваркой, имеют круп­нокристаллическую структуру. Однако в большинстве случаев их прочностные свойства близки к основному металлу при хорошей пластичности.