Титан в порівнянні зі сталлю володіє більш низьким коеф-фициент теплопровідності, підвищеним електричним со-спротивом і зниженою теплоємністю, тому для його зварювання витрачається менше енергії.
Невелика лінійна усадка, малий інтервал кристалів-зації, висока міцність і пластичність в області високих температур знижують схильність титану до утворення в сварок-них швах кристалізаційна трещіц. Найбільш часто при зварюванні титану зустрічаються такі дефекти, як пори і холод-ні тріщини.
Холодні тріщини виникають відразу після зварювання і ви-лежіванія виробів. Причиною утворення пір є перенасиченість металу шва воднем. Для предотвра-щення освіти пір ретельно готують під зварювання метал і присадні дріт, застосовують захисні гази ви-сокой ступеня чистоти і суворо дотримуються технології зварювання.
Низька теплопровідність титану сприяє збільшен-ня часу перебування зварних швів і околошовной зони в області високих температур. Тим часом титан при нагріванні понад 882 ° С в області a-фази схильний до значного зростання зерна, тому в зоні термічного впливу в металі шва при нагріванні вище цієї температури при зварюванні на великих погонних енергіях утворюється крупнокристаллическая струк-тура. Зниження нагріву біляшовних ділянок при зварюванні досягається обмеженням сили зварювального струму, зменшенням погонной енергії зварювання і застосуванням багатошарового за-нання оброблення крайок для металів великої товщини.
Для отримання зварних з'єднань високої якості зварювання титану та його сплавів рекомендується виконувати при мінімально можливої погонной енергії і застосовувати мето-ди обробки, що зменшують або повністю усувають залишкові напруги. Зняття залишкових напруг і стабілізація структури зварних з'єднань виробляє-ся повним відпалом виробів.
Титан ВТ 1-0 і ВТ 1-00 віджигається при температурі 550- 680 ° С. Для інших сплавів температура відпалу з- '
змінюється від 620 до 820 ° С. Відпал проводиться в печах з за-захисної атмосферою аргону або гелію. Час повного відпалу для металу товщиною 6-50 мм становить 60 хв. Якщо виріб експлуатується при високих температурах, для підвищення стабільності властивостей зварних з'єднань рекомен-дується виконувати отжиг з подальшим повільним охолоджув -; ням виробів зі швидкістю 2-4 ° С / хв.
Таблиця 1.3. Класифікація титанових сплавів
Класифікація сплавів за типом структур
Титанові сплави з межею міцності 735 - 882 МПа відносяться до групи маломіцних. Сплави середньої міцності мають межу міцності 1078-1176 МПа, високотемператур-ні титанові сплави мають межею міцності тисяча триста сімдесят два МПа і вище (габи. 1.3).
Сплави малої і більшість сплавів середньої міцністю не піддаються термічній обробці. Високо-міцні титанові сплави піддаються термічній обра-лення. Після гарту і старіння значно підвищуються їх характеристики. За фазовим складом сплави титану при кімнатній температурі поділяються на три груп - ни: однофазні а-сплави, однофазні (3-сплави і двухфаз-ні (a - f (З) -Структури. А-модифікація існує при температурі 882 ° С , а (3-структура зберігається аж до темпера-тури плавлення [8J.
До елементів, що створює a-структуру, відносяться алю-міній, галій, індій, а також домішки кисню, азоту та вуглецю. (3-структуру утворюють такі елементи, як мо-ЛІБС, хром, марганець, ніобій, залізо, мідь і водень До нейтральним зміцнюючих елементів відносяться цирконій і олово.
Перший клас сплавів об'єднує технічний титан і сплави титану з a-стабілізуючими елементами. Такі сплави містять нейтральні зміцнюючі елементи, струк-тура яких в переважній більшості випадків має a-твердий розчин титану, і термічною обробкою незміцнюється. Деяке підвищення їх твердості достига-ється завдяки утворення твердих розчинів.
а-сплави для зняття нагарговкі або для зменшення внутрішньої напруги в зварних конструкціях піддав-ються тільки низькотемпературного відпалу. До температури 400--500 ° С такі сплави зберігають високі пластичні властивості навіть після тривалої дії підвищених тим-температур.
(3-сплави містять при кімнатній температурі (3-фазу, по-отриману легированием титану (3-стабілізуючими елементів-тами. Сплави з (3-фазою упрочняются термічною обробкою, що складається з гарту і старіння. Однак навіть після такої обробки (3 сплави мають невисоку термічної стаб-льності і великий схильністю до зростання зерна, а тому застосовуються в незначних обсягах.
Двофазні (a - f - (З) -сплави отримують певним со-ставленням легуючих елементів, що утворюють а - і (3-фа-зи. Загартування і старіння двофазних сплавав призводить до за-Метн підвищенню "їх міцності і зниження пластичності.
Ефект термічного зміцнення сплавів підвищується з уве-личением змісту (3-фази. Як конструкційний матеріал найбільшого поширення при виготовленні зварних конструкцій отримали а-сплави.
Підвищення міцності досягається легуванням титану різними елементами. Щодо збільшення межі міцності титану легуючі елементи можуть бути розподілені в ряд: ніобій, цирконій, олово, ванадій, алюміній, хром, мар-ганець, залізо і кремній. Крім таких легуючих елементів на властивості титану значний вплив мають кисень, водень, азот і вуглець.
Кисень при високих температурах легко розчинити-ється як в а-, так і в (3-титані, утворюючи тверді розчини впрова-ренію. Максимально розчинна молярна частка кисню в титані становить 30%. До температури 450-500 ° С титан від окислення защіщаетокіснонітрідная плівка, міцно удер-жива на його поверхні. При більш високій температурі відбувається інтенсивне окислення титану на повітрі. Швидкість взаємодії титану з киснем в порівнянні з іншими газами є найбільшою. При розчиненні кисню в титані з утворенням твердог розчину значно позову-жается кристалічна решітка. Це призводить до різкого підвищення міцності, твердості і зниження пластичності титану.
Водень розчиняється в титані в значних мас-вих частках, що досягають 1% з утворенням твердого раст-злодія впровадження і гідридів, що підвищують схильність титану до охрупчіванію. З підвищенням температури розчинність водню в титані зменшується і становить при темпера-турі 20 ° С - 40300 см3 / Ю0 г, а при 1000 ° С - вже всього 6500 см3 / 100г.
Азот є елементом, що розширює область а - фази. У зв'язку з великим спорідненістю титану з азотом при висо-кою температурі утворюються нітриди титану, які легко розчиняються в металі. Максимально розчинна масова частка азоту в а-титані становить близько 0,75%. Азот знижує пластичність і підвищує міцність і твердість титану.
Углеродв а-титані при температурі, близькій до точки а
у Р, розчиняється до 0,28% (масові частки). При поні-жении температури розчинність вуглецю в а-титані зна-ве знижується. В Р-титані розчиняється масових до-лей вуглецю близько 0,06%. Навіть незначна розчини-ність вуглецю в титані ^ ри його масових частках, що досягають десяті частки відсотка, призводить до утворення карбідів титану і крихкості зварних швів.
Для гарної зварюваності в титані обмежують со-тримання кисню, водню, азоту та вуглецю. Так, в тих-ническом титані ВТ1-00 їх масова частка (%) повинна бути не більше: 02-0,1; N2-0,04; Н2-0,008; З-0,05. Механічні-кі властивості титану ВТ1-0 товщиною 60 мм і його зварного з'єднання складають: основний метал - ов = 470,9 МПа, 6 = 27,5%, ф = 56%, ан- 1697,1 кДж / мг; зварне соеди-ня - (тв 451,3 мПа, б-31%, ф = 65%, а "= 1722,6 кДж / м1.
При розрахунках рекомендується приймати міцність сварок-них з'єднань з коефіцієнтом 0,90. 0,95 міцності основ-ного металу.
Технічний титан використовують для виготовлення зварних апаратів, що працюють при температурі від - 269 до +250 ° С. Однак зварні з'єднання деяких сплавів зберігають ра-працездатність і при більш високій температурі. Так, ти-Танова сплав АТЗ застосовується для виробів, що працюють при температурі до 300-350 ° С, сплав ВТ5-1 зберігає ра-працездатність до 500 ° С.