Сварка труб из титановых сплавов

Если честно, каждый раз когда слышу про сварку титановых труб, сначала вспоминаю как новички пытаются варить их как нержавейку - и получают сизые швы с окислами. На самом деле главная ошибка - непонимание, что титан в расплавленном состоянии жадно хватает кислород из воздуха, да и из защитного газа тоже.

Особенности подготовки кромок

Перед сваркой приходится делать гелиевые продувки - причем не только зоны шва, но и внутренней полости трубы. Как-то раз на объекте в Иркутске забыли заглушить обратную сторону стыка - в результате на внутренней поверхности образовалась та самая синева, которую пришлось вырезать и переваривать.

Зазор между кромками выдерживаем 1-1.5 мм для труб толщиной до 3 мм. Больше - будет провар, меньше - непровар. Но это для автоматической сварки, для ручной лучше 1.2-1.8 мм. Кстати, зачистка кромок - только нержавеющими щетками, никаких абразивов.

Фаску снимаем под 30-35 градусов, притупление 1.5-2 мм. На трубах малого диаметра иногда делаем и без фаски - но тогда нужен особый режим с импульсным током.

Защитная атмосфера

Аргон у нас основной газ, но для ответственных швов добавляем 25-30% гелия - лучше прогревает. Вспоминается случай на трубопроводе для химзавода, где по техрегламенту требовался чистый гелий - пришлось перестраивать всю систему подачи.

Концентрация кислорода в защитной зоне должна быть ниже 0.005% - проверяем анализатором перед каждым ответственным швом. Допускается до 0.01% для неответственных соединений.

Особенно сложно с трубами малого диаметра - там объем продувки считаем особенно тщательно. Разработали свою методику расчета на основе диаметра и длины зоны нагрева.

Режимы сварки

Для труб из сплава ВТ1-0 чаще всего используем ток 80-120 А при толщине 2-3 мм. Но вот с ВТ6 уже сложнее - там приходится снижать на 15-20% и увеличивать скорость.

Импульсный режим предпочтительнее - меньше деформаций. Особенно для тонкостенных труб, где коробление проявляется сильно. Настраиваем так: основной ток 100 А, импульсный 140 А, длительность импульса 0.3 с.

Скорость сварки держим в пределах 8-12 см/мин - быстрее начинаются поры, медленнее - крупное зерно в зоне термического влияния.

Контроль качества

После сварки обязательно рентген - но имейте в виду, что мелкие поры размером до 0.2 мм на пленке могут не отображаться. Дополнительно делаем ультразвуковой контроль, особенно для труб с толщиной стенки более 4 мм.

Цвет шва - только светло-серебристый. Золотистый уже говорит о начале окисления, синий и серый - брак без вариантов. Такой шов вырезаем полностью.

Микрошлифы делаем выборочно - смотрим структуру зоны термического влияния. Перегрев проявляется в виде крупных зерен, недогрев - в виде непроваров по границам зерен.

Практические сложности

Самые проблемные - трубы малого диаметра (до 20 мм), где сложно организовать защиту обратной стороны. Приходится изготавливать специальные заглушки с штуцерами для подачи газа.

Еще момент - при сварке в полевых условиях ветер сводит на нет всю защиту. При скорости ветра более 2 м/с работы останавливаем - проверено горьким опытом.

Влажность - отдельная тема. При относительной влажности выше 70% на поверхности титана образуется пленка влаги, которая при сварке разлагается на водород и кислород. Результат - поры и хрупкость.

Материалы и оборудование

Для большинства промышленных труб используем присадочную проволоку того же состава, что и основной металл. Но для разнородных соединений, например титан-медь, уже нужны специальные присадки.

Из оборудования предпочитаем источники Lincoln Electric с импульсным режимом - у них стабильная дуга. Горелки - только с кералитовыми соплами, обычные фторопластовые быстро перегорают.

Поставщики вроде ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' предлагают хорошие трубы из титановых сплавов - ровные, с постоянной толщиной стенки. Это важно, ведь разница в толщине всего 0.1 мм уже приводит к неравномерному прогреву.

Ошибки и решения

Самая распространенная ошибка - перегрев. Видишь, что сварочная ванна стала слишком жидкой и блестящей - сразу снижай ток. Иначе получишь крупное зерно и снижение прочности на 20-30%.

Еще частая проблема - неправильная подготовка кромок. Заусенцы всего 0.1 мм могут привести к непровару. Проверяем кромки пальцем в перчатке - должны быть идеально гладкими.

При сварке поворотных стыков важно синхронизировать скорость вращения трубы и подачу присадки. Автоматика конечно помогает, но опытный сварщик на глаз определяет момент, когда нужно добавить или убавить ток.