Можно ли запаять титан оловом

• Режимы автоматической сварки титана в аргоне
• Режимы дуговой сварки титана под флюсом

• Режимы стыковой сварки титана
• Режимы точечной сварки титана
• Режимы шовной (роликовой) сварки титана
• Конденсаторная сварка титановых труб

Особенности сварки титана и сплавов на его основе

Сварка титана и титановых сплавов всё чаще применяется в промышленности из-за их физико-химических свойств. Температура плавления титана составляет, по разным данным, 1470-1825°C. Титан способен сохранять высокую прочность до температуры 500°C, а также высокую коррозионную стойкость во многих агрессивных средах.

Основное условие для качественной сварки титана — это необходимость надёжной защиты зоны сварки и обратной стороны шва от вредного воздействия атмосферного воздуха. При этом, защищать нужно не только сварочную ванну, но и те участки металла, температура нагрева которых превышает 400°C. Кроме этого, необходимо обеспечить минимальный по времени нагрев свариваемых кромок.

Дополнительными трудностями при сварке титана являются его склонность к увеличению размера зерна при высоких температурах (выше 880°C) и к образованию пор.

Титановые сплавы склонны к закалке, в зависимости от легирующего элемента. Такие элементы как Cr, Fe, Mn, W, Mo, V, входящие в состав сплава, снижают его пластичность. Так, при температуре 250°C начинается интенсивное поглощение водорода, при 400°C кислорода и при 600°C азота.

Прочность сварного соединения титана и титановых сплавов, в зависимости от марки сплава и способа сварки плавлением составляет 0,6-0,8 прочности основного металла. Сварные соединения из титановых сплавов марок ВТ5, ОТ4, ВТ4 и др. не последующей термической обработке не подвергают. В отдельных случаях допускается выполнять отжиг для снятия напряжений.

Пайка титана: что нужно знать об этой процедуре?

Если пайка титана нецелесообразна или по какой-либо причине невозможна, можно обратить внимание на соединения данного материала твердыми и мягкими припоями (тинолями). Несмотря на то, что температура плавления твердых тинолей выше 430 ° С, она ниже температуры, при которой плавятся соединяемые материалы.

Относительно мягких тинолей, то они плавятся при температурах ниже 430° С. Мягкие припои применяются, по большей части, для соединения материалов малых толщин (например, проволоки).

Олово и цинк в недостаточной степени смачивают металл. Вместо обыкновенных флюсов, которые не способны защитить метал от окисления, появилась необходимость создания специальных флюсов, обеспечивающих образование защитной металлической пленки на поверхности металла (электрохимическим путем).

Интерметаллиды

При выборе тиноля, способа и режима соединения титана, необходимо помнить, что данный материал может образовывать в шве хрупкие интерметаллиды со всеми элементами, входящими в состав тинолей. В качестве основы применяется серебро. Серебро с рассматриваемым материалом образует интерметаллиды, которые имеют наименьшую хрупкость.

Пайка посредством применения оловянно-свинцовых, а также других низкотемпературных тинолей применяется достаточно редко. В конкретном случае, прежде чем приступить к процедуре, металл покрывается никелем при помощи химического или гальванического способа.

Для того чтобы увеличить сцепление титана с никелем, детали нагревают до температуры 250 °С на протяжении одного часа. После этой процедуры материал паяют подобными припоями и флюсами, как и для чистого никеля. Паять материал, а также его сплавы при помощи низкотемпературных припоев можно по окончании покрытия серебром, оловом и медью.

Чтобы покрыть изделие оловом, необходимо опустить его в нагретое до 700 °С олово на время (10-20 минут). Посредством флюса, в состав которого входит хлористое олово, можно покрыть металл оловом.

Методы пайки титана

Существует несколько основных метолов пайки титана:

• Газовая пайка;
• Пайка в печи;
• Пайка методом сопротивления;
• Воздействие мягким припоем.

Газовая пайка

Среди многочисленных методик газовой сварки в рассматриваемой обработке деталей из титана наиболее результативным оказалось кислородно-ацетиленовое пламя, поскольку данный метод не делает сплавляемый металл хрупким. Таким образом, применяя чистое серебро и любой другой флюс, пайка титана показывает достаточно прочный и пластичный результат соединения.

Оптимальная прочность достигается путем применения газовой горелки с двумя наконечниками, минимальной температуры, а также минимальной продолжительности процедуры плавления.

Чистый алюминий в соединении титана показывает соединения материала низкого качества, но в то же время достаточно пластичные. Во время газового соединения алюминия к рассматриваемому металлу деталь полностью погружается в алюминий, после чего агитированная деталь присоединяется к алюминию простыми методами.

Пайка в печи

Во время соединения титана в печи с защитной атмосферой трудоемкая процедура газовой процедуры значительно упрощается. Таким образом, достойной альтернативой специальных флюсов оказывается простая смесь хлоридов марганца и калия, хлоридов серебра и калия. Вполне возможна многократная обработка титана с равномерным подводом тепла к металлической поверхности деталей небольших габаритов, ограниченных размерами печи.

Пайка посредством печи подразумевает более длительные временные затраты по причине отсутствия местного нагрева. Вследствие этого можно наблюдать утолщение расплавляемых слоев, что приводит к определенному снижению прочности и пластичности материала, особенно при соединении алюминием.

Сварка и пайка могут выполняться методом сопротивления. Отличие полагается в том, что во втором случае между поверхностями помещается низкоплавкий металл. Медные электроды, охлаждаемые водой, оказались лучше графитовых электродов, а также других материалов, которые обладают высоким электрическим сопротивлением, но вместе с тем содержащих загрязняющие примеси.

По своей природе рассматриваемы материал обладает достаточным сопротивлением, которое необходимо для нагрева металлических поверхностей. Непродолжительная пайка серебром при большом электрическом токе и низком давлении позволяет достигнуть более прочного соединения, чем газовая пайка. Применение давления дает возможность отказаться от флюсов.

На сегодняшний день установлено, что титан позволяется паять мягким припоем. Применение мягких тинолей в процессе обработки титана имеет никоторые преимущества, отображаемые в стоимости и быстроте, перед иными методиками соединения. Пайка титана мягкими припоями используется в большинстве случаев в тех случаях, когда не требуется высокопрочное соединение, в домашних условиях.

Соединяемые детали покрываются в процессе тонким слоем серебра, олова или меди, что достигается посредством нагрева титана, покрытого слоем хлорида одного из перечисленных ранее металлов, в печи атмосферой гелия.

Образовавшаяся металлическая пленка должна быть «смочена» припоем (60% Sn 40% Pb или 50 % Sn 50 % Pb) не без участия промышленным флюсов. Так как металлические пленки могут растворяться в припое, тем самым обнажая поверхность титана, сцепление производится достаточно быстро, причем при минимальной температуре.

Какие способы используют для сварки титана и его сплавов?

Титан и его сплавы свариваются плавлением только дуговой (ручной или автоматической) сваркой. Наибольшее распространение получила сварка в среде аргона или гелия под некислородным флюсом марки АН-11. Для изделий большой толщины применяют электрошлаковую сварку под флюсом марки АН-Т2. Кроме того, титан хорошо сваривается контактной сваркой в среде защитных газов или без неё. При сварке плавлением необходимо обеспечивать газовую защиту оборотной стороны шва в среде аргона. В связи с этим, рекомендуется применять сварку на подкладках или производить сварку встык.

Подготовка титана и его сплавов под сварку

Качество титанового сварного соединения во многом будет зависеть от технологической подготовки сварных кромок и сварной проволоки под сварку. У деталей из титана и титановых сплавов поверхность покрыта оксидно-нитридными плёнками, появляющимися после горячей обработки полуфабрикатов, из которых эти детали изготовлены.

Удалить эту плёнку можно при помощи механической обработки и следующего за ней травления в смеси 350мл соляной кислоты, 50г фторида натрия и 650мл воды. Время травления составляет 5-10мин, температура травления 60°C. Перед сваркой необходимо зачистить металлическими щётками сами сварные кромки, а также участки, на расстоянии 15-20мм от стыка до металлического блеска и обезжирить.

Что такое припой?

Припой представляет собой смесь легкоплавких металлов, которые способны обеспечить хороший контакт между двумя поверхностями, получаемый в результате пайки. При нагревании припой переходит из твердого в жидкое состояние, которое обеспечивает растекание по периметру припаиваемой детали или в месте их контакта. При этом происходит фиксация на молекулярном уровне за счет высокой степени адгезии.

По составу припои могут включать самые различные компоненты, предоставляющие им необходимые эксплуатационные свойства. Однако преимущественное большинство состоит из смеси свинца и олова, первый из которых обеспечивает твердость и тугоплавкость, а второй легкость и снижает температуру плавления. Также в составе могут быть и другие компоненты: серебро, никель, цинк, медь, кобольд, висмут, сурьма и другие.

Из-за многокомпонентности состава процесс расплавления также проходит несколько этапов: сначала разрежаются наиболее легкоплавкие составляющие, тугоплавкие в этот момент остаются в виде кристаллов. Затем плавятся и они, смесь становится однородной и обеспечивает максимальное заполнение и контакт. Однако вместе с припоем используются флюсы, обеспечивающие лучшее заполнение и защиту от окисления.

Ручная дуговая сварка титана и титановых сплавов

Технология, техника и режимы сварки

Ручную дуговую сварку титана вольфрамовым электродом выполняют постоянным током прямой полярности. При сварке используют специальные приспособления, с помощью которых обеспечивается защита зоны сварки, околошовной зоны, корня шва, а также остывающих участков шва. Такими приспособлениями могут быть, в частности, удлинённые насадки с отверстиями, защитные козырьки и др.

Защиту корня шва можно обеспечить, если плотно поджать сварные кромки к медной или стальной подкладке. Можно, также, использовать подкладку с отверстиями, или изготовленную из пористого материала и подавать через неё защитный газ. При сварке труб из титана защитный газ пропускают внутрь трубы.

Если толщина свариваемого металла не превышает 3,0мм, то при их сборке допускается зазор от 0,5мм до 1,5мм. В этом случае сварку производят без использования присадочного материала. Если используют присадочный материал, по составу сходный со свариваемым металлом, то диаметр электрода принимается равным толщине основного металла.

Приблизительные режимы для ручной дуговой сварки титана и его сплавов вольфрамовым электродом диаметром 1,5-2мм и присадочной проволокой диаметром 2мм составляют: сила тока 90-100А для сварки металла, толщиной 2мм и 120-140А для металла толщиной 3-4мм. Сварку производят постоянным током прямой полярности, как уже говорилось выше.

Ручную сварку титана проводят без колебательных движений, на короткой дуге. При этом наклон электрода должен быть в противоположную сторону от направления его движения, т.е. сварка выполняется «углом вперёд». Если используется присадочный материал, то рекомендуемый угол между электродом и присадочным прутком составляет 90°. Подача присадочной проволоки осуществляется без перерыва.

После окончания процесса сварки и гашения электрической дуги, необходимо продолжать подачу защитного газа в течение 0,5-1мин, пока металл не остынет до температуры ниже 400°C. Этот приём помогает предотвратить окисление металла сварного шва и зоны термического влияния. Окисленный шов хорошо различается по цвету. Качественный шов окрашен в светлый, жёлтый или соломенный цвет. Некачественный шов имеет серый или чёрный цвет и наличие синевы в переходной зоне. На рисунке справа показаны неокисленный, качественный шов (сверху) и шов окисленный (снизу).

Рекомендации по проведению пайки

Схема установки пайки волной.

Пред тем как произвести пайку титана дома, нужно правильно подобрать припой, метод и особенности проведения работ. Следует учесть, что титан способствует возникновению хрупких интерметаллидов в паяном шве практически со всеми элементами, которые находятся в припое. По этой причине в роли основы припоя, как правило, предпочитают серебро, образующее с титаном не столь хрупкие интерметаллиды по сравнению с остальными металлами.

Произвести качественную пайку чугуна самостоятельно весьма проблематично, что касается и пайки титана в вакууме посредством бездобавочного алюминия. Это объясняется тем, что в шве возникают интерметаллидные фазы, а сопряжение не обладает никакой прочностью.

Толщину прослойки можно минимизировать, если в роли припоя использовать алюминий, легированный Ni. Этот и некоторые иные элементы по 1% сказываются на вытеснении интерметаллидной прослойки.

Пайку сплавов описываемого металла посредством оловянно-свинцовых или иных низкотемпературных припоев используют нечасто. В данном случае перед началом работ титан нужно покрыть никелем, применив химический или гальванический метод. А вот если необходимо использовать чугун в процессе пайки, то предпочтительнее доверить дело профессионалам.

Автоматическая сварка титана и его сплавов

Автоматическая сварка титана и титановых сплавов выполняется вольфрамовым электродом. Выходные отверстия сварочной горелки должны быть не менее 12-15мм. При сварке неплавящимся электродом рекомендуются постоянный ток прямой полярности.

В связи с высокой активностью титана, зажигание и гашение горелки необходимо производить вне свариваемого изделия — на специальных планках. Также, как и при ручной сварки, после гашения дуги защитный газ необходимо подавать ещё в течение, примерно 1мин, чтобы предотвратить окислении шва и переходной зоны. Рекомендуемые режимы сварки титана для автоматической сварки в защитных газах и автоматической сварки под флюсом представлены в таблицах ниже:

Режимы автоматической аргонодуговой сварки титана

Толщина металла, мм

Режимы дуговой сварки титана под флюсом

Электрошлаковая сварка титановых сплавов

На практике широкое распространение получила электрошлаковая сварка титановых сплавов, в частности, сплава ВТ5-1, в состав которого входит титан, легированный до 5% алюминием и до 3% оловом. Изготавливается сплав, преимущественно, прессованием с последующей прокаткой до тонких листов, а также ковкой заготовок крупных сечений.

Технология сварки деталей крупных сечений из сплава ВТ5-1 наиболее сложна, но вполне выполнима электрошлаковой сваркой под флюсом АН-Т2 в среде аргона. Источник переменного тока — трёхфазный трансформатор, должен обладать жёсткой характеристикой.

Для сварки поковок небольшого размера (60х60мм) рекомендуются следующие режимы сварки: сила тока 1600-1800А, напряжение дуги 14-16В. Рекомендуемый зазор между кромками свариваемых поковок составляет 26мм, масса засыпанного флюса 130г и расход аргона 8л/мин.

Такие режимы, при условии использования пластинчатого электрода размером 12х60мм, обеспечивает стабильный процесс и удовлетворительное качество сварного соединения, не уступающего по прочности основному металлу.

При сварке прессованных профилей крупного сечения на таких же режимах электродом толщиной 8мм прочность сварного соединения оказывается несколько ниже (примерно, 80-85% от прочности основного металла) из-за применения пластинчатых электродов из нелегированного сплава ВТ1-1. А применять легированные электродные сплавы не рекомендуется, т.к. они не обеспечивают достаточной пластичности соединения, потому что прессованный металл сильно насыщен газами.

Как классифицируют?

Чаще всего припой используется на материнских платах, электросхемах. Наиболее часто используемыми сплавами являются те, что изготавливаются из:

Для рассматриваемой технологической операции идеально подходит оловянно-свинцовый сплав, поскольку он легко плавится, но при этом обладает уникальными свойствами. В таблице можно встретить и неметаллические припои. От того, насколько верно мастер соблюдал технологию пайки, зависит и срок службы проведенной работы.

Температура плавления всегда указывается в градусах.

Температура плавления К

Низкотемпературные

Низкотемпературные (или мягкие) припои – те, что переходят в жидкое состояние при менее 290–300 С. К ним можно отнести:

• оловянно-свинцовые;
• оловянно-цинковые;
• оловянно-свинцово-кадмиевые;
• сурьмянистые;
• бессвинцовые.

Отличаются от твердых они и пределом на прочность. Этот показатель у них составляет от 16 до 100 МПа на растяжение. Если говорить о другой характеристике, такой как электропроводность, то у мягких припоев она составляет от 9 до 15%.

Нужно понимать, что мягкий припой не должен подвергаться сильной механической нагрузке, поскольку он просто не выдержит ее. Такой вариант нашел активное применение в электротехнике.

Мягкие материалы для пайки подбирают в соответствии со стандартами DIN EN ISO 9453 (2014), DIN 1707-100 (2011).

В прошлом свинцовые сплавы часто использовались для работы на медных трубах. Этот металл улучшает характеристики соединения. В результате получается гладкая поверхность, при этом требуется умеренная температура. Однако свинец вреден для окружающей среды и давно признан канцерогеном. С 1 июля 2006 включение свинца в сплавы для пайки было запрещено директивой RoHS 2002/95 / ЕС Европейского парламента.

Контактная сварка титана

По опытным данным, впервые проверенным на практике Забурдиным М.К., Захаренко В.Ф. и др., оптимальная скорость оплавления, при сварке больших заготовок, составляет 2-2,5 мм/сек. Более высокая скорость оплавления приводит к снижению прочности, даже при защите аргоном.

Перед сваркой торцы лучше всего фрезеровать или зачищать наждачной бумагой. Из-за склонности титана к перегреву, величина осадки выбирается на 15-20% больше, чем для сварки углеродистых сталей.

Режимы стыковой сварки титана

Ориентировочные режимы стыковой сварки титана при начальной скорости оплавления 0,5мм/сек представлены в таблице ниже:

Режимы точечной сварки титана

Титановые листы или пластины, толщиной до 4,0мм могут быть успешно сварены точечной и шовной (роликовой) сваркой. Высота литого ядра равно 80-90% от суммарной толщины листов. Приблизительные режимы точечной сварки титана представлены в таблице:

Источник