Сварка титана и его сплавов

В начале 50-х гг., несмотря на то, что титан производился еще в малых количествах, его стали применять в узлах боевых самолетов. Появилась необходимость создания эффективных методов его сварки. Столкнувшись с тем фактом, что титан в расплавленном состоянии реагирует практически со всеми химическими элементами, зарубежные исследователи сочли бесперспективным развивать сварку под флюсом и разработали дуговую сварку в струе аргона или гелия. В СССР по такому же пути пошли отраслевые научно-исследовательские институты оборонного комплекса. Однако в те годы остро ощущалась нехватка аргона и гелия, а качество этих защитных газов оставляло желать лучшего. В 1953 г. начаты работы по созданию надежного и, главное, дешевого способа автоматической сварки титана. Было принято смелое решение: разработать автоматическую дуговую сварку титана под флюсом. В те годы мало кто верил в эту идею. Проблема состояла в том, чтобы изыскать такие компоненты флюса, которые не только не загрязняли бы швы газами, т. е. не ухудшали их свойства, но и повысили их качество. И такие компоненты в отделе, которым руководил С.М. Гуревич, были найдены. Всего лишь за один год был выполнен комплекс исследований, которые впервые в мировой практике привели к созданию технологии сварки титана под флюсом на основе химически чистых материалов. Появилась серия флюсов марки AH-T. Разработка принципов построения флюсов на основе галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов не только изменила все существовавшие ранее представления о металлургических особенностях сварки титана, но и во многом определила дальнейший путь отечественной сварочной науки в этой области.

Было установлено, что сварка титана возможна в активной среде, в которой идут обменные реакции между шлаком и титаном. Как оказалось, именно благодаря тому, что при сварке металл сварочной ванны взаимодействует с расплавом флюса определенного состава, достигается улучшение, а не ухудшение свойств шва.

Так нетрадиционный подход патоновцев к решению сложной задачи привел не только к созданию нового способа сварки титана, но и заложил основы нового научного направления и становления отечественной школы металлургии и технологии сварки титана. Эти разработки и сейчас превосходят мировой уровень.

Выполненные в дальнейшем в ИЭС исследования привели к созданию принципиально новых для титана и не имеющих до сих пор аналогов технологий сварки с использованием флюсов: это автоматическая сварка плавящимся электродом под флюсом, электрошлаковая сварка, аргоно-дуговая сварка по слою флюса (TIG-F), аргоно-дуговая сварка с присадочной титановой порошковой проволокой (TIG-FW). Разработанные сварочные материалы были защищены авторскими свидетельствами и зарубежными патентами в США, Японии, Германии, Франции и других странах.

Участие Б.Е. Патона в фундаментальных исследованиях и применении новых технологий отражены в цикле его работ с сотрудниками.

Применение способа автоматической аргоно-дуговой сварки с порошковой проволокой (TIG-FW) изменяет проплавляющую способность дуги за счет ее контрагирования настолько, что позволяет сваривать без разделки кромок металл толщиной до 16 мм. Использование этого процесса сварки на заводе им. Артема (Киев) в 1974 г. позволило заменить кованые титановые заготовки для силовых узлов штампо-свар-ными и повысить коэффициент использования материала в шесть раз.

В 1983 г. был создан новый технологический процесс с применением аргоно-дуговой сварки — сварка в узкий зазор магнитоуправляемой дугой. Этот способ наиболее перспективен при решении проблемы сварки металла средней и большой толщины (до 110 мм). Сварка титана в щелевой зазор значительно снижает стоимость сварных соединений и одновременно повышает их качество.