При необходимости изготовить сварные конструкции различного назначения нередко используются именно титановые сплавы, обладающие рядом преимуществ. Это коррозийная стойкость, высокий уровень прочности, а также малая плотность.
Но лазерная сварка титана или его сплавов имеет ряд сложностей, так как при высокой температуре материал имеет слишком высокую химическую активность. Это особенно заметно в расплавленном состоянии по отношению к водороду и кислороду. В недостатки титана стоит отнести увеличенное содержание примесей водорода и других газов, причем, это относится как к основному металлу, так и к сварному шву. Из-за этого сварные соединения титанового сплава часто образуют холодные трещины. Еще распространенными дефектами выступает рост зерна при нагреве сплава до высокой температуры.
Особенностью лазерного или электронного луча выступает наличие концентрированного источника нагрева, благодаря чему сварка выполняется с небольшой погонной энергией. При минимальной погонной энергии вероятность возникновения дефектов на шве также минимальна. В процессе сварки титана большое значение имеет подготовка свариваемых кромок, для чего может применяться фрезерование или точение. Чтобы избавиться от газонасыщенной пленки, используют пескоструйную или дробеструйную обработку с последующим химическим травлением. После этого выполняется осветление и обязательная промывка. Чтобы добиться правильного формирования шва, нужно точно подогнать детали по размерам, а также следовать зазорам между кромками.
Есть важное требование для получения высоких эксплуатационных свойств сварных соединений – речь идет о тщательной защите зоны шва. Причем, сварные швы титановых изделий нуждаются в защите как с верхней, так и с нижней стороны. Еще требуется защищать сварочную ванну и остывшие участки металла шва и ОШЗ. Для этого требуется применять сопла с дополнительным хвостовиком, которые будут подавать защитные газы. Если говорить про зону сварки, то тут используются или фторидно-хлоридные бескислородные флюсы или инертные газы высокой степени чистоты. Чтобы обеспечить защиту поверхности сварного шва и плазмоподавления используют гелий. Чтобы защитить остывающую зону шва и корня применяется аргон.
Лазерную сварку титановых сплавов лучше выполнять на повышенных скоростях (>25 мм/с). Если выбрать меньшую скорость, то сварной шов станет более широким, а также там будут образованы неблагоприятные структуры, из-за которых вероятность насыщения вредными газами будет возрастать. Также будет возрастать и склонность к появлению холодных трещин.
Выполнение лазерной сварки конструкционных материалов на высокой скорости приводит к короткому сроку охлаждения, что способствует измельчению зерна в ОШЗ и дает большую дисперсность металла шва. Наличие мелкодисперсной структуры, условия для кристаллизации, а также технологическая прочность при лазерной сварке позволяет получить улучшенные механические свойства сварных соединений.
Перечисленные характеристики лазерной сварки подтверждают, что именно такая технология является наиболее перспективной в области производства различных сварных конструкций.
