Пайка титана в домашних условиях

Анодирование металла

Содержание статьи

• Характеристики
• Процесс
• Материалы

• Алюминий
• Титан
• Сталь
• Медь
• Анодирование дома

• Видео анодирования дома

В современном мире имеется большое количество методов обработки металлов и металлических изделий. Они применяются и в промышленных масштабах, и в домашних условиях.

Свойства материала

У титана есть несколько особых свойств, которыми обусловлена сложность сварки конструкций из этого металла. В их числе:

• невысокая теплопроводность;
• склонность к самовозгоранию при нагреве до 400 °C и контакте с кислородом;
• окисление под воздействием углекислоты;
• образование нитридных соединений при нагреве до 600 °C и прямом контакте с азотом, твердых, но хрупких;
• склонность к поглощению водорода при нагреве до 250 °C;
• изменение структуры (увеличение зерна) при нагреве свыше 880 °C.

Для титана критично повышение температуры уже свыше 400-500 °C. При таком нагреве у него резко повышается химическая активность, и титан начинает взаимодействовать с атмосферным воздухом, который оказывает на шов сварки губительное воздействие.

При этом могут образовываться гидриды, нитриды, карбиды и другие соединения, которые нарушают прочность сварного шва. Существенное нарушение технологии, несоблюдение требований ГОСТ может привести к тому, что приваренная деталь просто отвалится от легкого удара.

Если сварка проводилась в соответствии с нормативами, то прочность шва будет находиться в пределах 0,6 — 0,8 от прочности свариваемого металла.

На сварку и сварные соединения из титана распространяется ГОСТ Р ИСО под номером 5817-2009. Он устанавливает уровни качества при сварке разных металлов — стали, титана и никеля, в том числе их сплавов и определяет максимально допустимые уровни дефектов готового изделия.

Припой для нержавейки и его типы

Нержавеющую сталь можно паять двумя типами присадочного материала – мягким и твердым. Основу первых составляет олово и свинец, а твердый припой производится из тугоплавких металлов. Легкосплавные типы припоя характеризуются высокой пластичностью и текучестью. То есть в расплавленном состоянии они хорошо наполняют все пустоты, которые существуют в стыках соединяемых элементов. Другое их важное преимущество заключается в высокой раскислительной способности. Это очень важно при работе с нержавеющей сталью, которая в результате химического взаимодействия с кислородом покрывается оксидной пленкой.

В отличие от мягких твердые припои в домашних условиях позволяют получать более надежные соединения. Они изготавливаются из металлов, температура плавления которых намного выше, нежели олова или свинца. Застывая, припой образует прочный и тверды стык, способный выдерживать сильные механические нагрузки. Довольно часто в такие припои подмешивают техническое серебро. Доля примеси может составлять до 30%.

Одной из наиболее востребованных марок «серебряного» припоя является HTS-528. Данный припой отлично показал себя не только в пайке нержавеющей стали. Он успешно применяется для соединения заготовок из меди, латуни, никеля, бронзы и прочих металлов. На рынок расходный материал поставляется в виде прутка, на поверхность которого уже нанесен флюс. При выборе данного припоя необходимо учитывать, что температура его плавления составляет 760 градусов Цельсия.

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.

Оксидирование титана. Часть 2.

Анодирование это процесс, в котором непосредственно на поверхности металлов образуется покрытие в виде окислов при нагревании, воздействии химических веществ (см. «Оксидирование титана.Часть 1.») или с помощью электричества.

Наиболее распространенным методом формирования оксидного слоя на поверхности титана является процесс оксидирования титана под воздействием электрического тока, при котором титановая деталь помещается в токопроводящий раствор и подключается к аноду. В качестве катода используют пластины из свинца или нержавеющей стали.

Анодное оксидирование титана проводят с целью:

• дополнительной защиты от коррозии;
• повышения адсорбционной способности;
• повышения износостойкости;
• уменьшения задиров;
• улучшения декоративности поверхности.

На производстве оксидирование титана проводится анодной обработкой деталей в растворах серной, щавелевой, фосфорной, хромовой кислот или их смесей, иногда с добавками других компонентов.

Составы растворов для повышения коррозионной стойкости:

Раствор №1:

Серная кислота 50 – 60 г/л

Температура 15 – 25°С, плотность тока 1,0 – 1,5 А/дм2.

Время обработки 50 – 60 мин.

При анодировании титана первые 2 – 6 минут поддерживают заданную плотность тока, напряжение на ванне возрастает до 90 – 110 В, после чего плотность тока падает до 0,2 А/дм2. Дальнейший процесс анодного оксидирования титана проводят без регулировки тока. Процесс ведут при перемешивании электролита. Катоды применяют свинцовые или из стали Х18Н9Т. Пленки получаются бесцветные.

Раствор №2:

Серная кислота 18%-ный раствор

Температура 80ºС, плотность тока 0,5 А/дм2.

Время обработки до 8 часов.

Пленка получается черного цвета. Толщина пленки около 2,5 мкм.

Кроме того, для защиты от коррозии применяют химически стойкие лакокрасочные покрытия, нанесение которых требует применения толстых оксидных пленок (20 – 40 мкм) с повышенными адсорбционными свойствами.

Повышение адсорбционной способности достигается за счет увеличения толщины оксидной пленки до 20 – 40 мкм. Для этого используют электролит из смеси кислот.

Состав электролита для получения толстых пленок, г/л:

Серная кислота H₂SO₄ 350 – 400

Соляная кислота HCl 60 – 65

Электрохимическое оксидирование титана проводят при 40 – 50ºС; плотность тока ступенчато повышают через каждые 2 – 3 мин на 0,5 А/дм2 до напряжения пробоя, после которого устанавливается плотность тока 2 – 4 А/дм2, при которой продолжают электролиз до получения пленки требуемой толщины.

Фрикционные свойства титановых деталей улучшаются, если на их поверхность нанесены оксидные пленки толщиной 0,2 – 0,3 мкм.

Состав электролита для получения тонких пленок:

5%-ый раствор щавелевой кислоты.

Электролиз ведут при 18 – 25°С в течение 60 мин. Анодную плотность тока в начале процесса оксидирования титана устанавливают 1 – 1,5 А/дм2 и поддерживают постоянной в течение 5 – 10 мин, напряжение на ванне за это время повышается до 100 – 120 В. В дальнейшем плотность тока понижается до 0,2 – 0,3 А/дм2. Использование коллоидно-графитовой смазки еще больше повышает износостойкость оксидированной поверхности.

Декоративное анодирование титана и его сплавов позволяет получить различные интерференционно – окрашенные окисные пленки (коричнево-желтые, синие, голубые, различные оттенки желтого цвета, включая розовый, малиновый, а также различны оттенки зеленого цвета). Решающее влияние на цветность пленки оказывает напряжение при анодировании титана и состав сплава (см.«Покрытие титана. Часть 1.»).

Декоративное анодирование титана.

При обработке сплава ВТ-5 в 15%-ном растворе H₂SO₄ с повышением температуры и напряжения на ванне окраска формируемых пленок изменяется от светло-коричневой до фиолетовой. Увеличение продолжительности электролиза также сказывается на окраске пленок (см. «Пассивация металлов»).

Меньшая зависимость окраски оксидных пленок от температуры наблюдается при введении в состав электролита хромового ангидрида.

Состав электролита для стабильного окрашивания титана, г/л:

Хромовый ангидрид CrO₃ 140

Цвет пленки в данном случае изменяется только с продолжительностью электролиза при постоянном напряжении или с величиной приложенного напряжения.

Так, при обработке титана ВТ1-0 в течение 15 мин и повышении напряжения от 5 до 50 В цвет пленки сначала бывает бледно-коричневый, затем синевато-фиолетовый и потом золотисто-желтый. При постоянном напряжении 50 В и увеличении продолжительности электролиза от 1 до 15 мин цвет пленки изменяется от светло-голубого до золотисто-желтого.

Анодированные изделия могут служить много лет без изменения своих декоративных свойств. Анодная защита от коррозии настолько эффективна, что может защитить детали от самых агрессивных воздействий.

При помощи аргона

Ответственные детали соединяют сваркой в среде инертного газа. В качестве газа используют аргон, к которому специалисты советуют добавлять до 30% гелия.

Работают на короткой дуге (3-3,5 мм) инвертором с обратной полярностью. Аппарат обязательно должен иметь осциллятор, обеспечивающий стабильность горения дуги.

Подготовка выполняется как было описано. Обязательным условием является обезжиривание и предварительная зачистка.

Подачу газа начинают приблизительно через 10-15 секунд после предварительно прогрева

Пошаговая инструкция по сварке алюминия для новичков

на примере сварочного инвертора Aurora PRO INTER TIG 200 AC/DC PULSE

• Чтобы качественно сварить алюминий поверхность металла нужно зачистить. Некоторые люди этого не знают и даже от краски не очищают. А алюминий имеет оксидную пленку, которая тяжело разрушается. Можно это делать металлической щеткой, но если есть болгарка, лучше ей. На болгарку ставим щетку, либо лепестковый диск, либо, на худой конец, зачистной и зачищаем поверхность до чистого металла, металлического блеска.

• Еще один важный момент – это заточка электрода и длина его выхода из сопла горелки. Затачивают так, чтобы он был как иголка, острый и перед сваркой зажигают на любой металлической пластине (назовем ее настроечной), которая завалялась в хозяйстве. После такого поджига кончик электрода из игольчатой, должен приобрести сферическую форму. Лучше всего, если он будет блестящим – это значит, что с ним все хорошо. Если он матовый и имеет неправильную геометрию, значит что-то пошло не так:

• Либо ток большой,
• либо газовая защита недостаточная,
• окончательная продувка газом неправильно выставлена.

Выход электрода определяется в зависимости от положения горелки, конфигурации детали и вида соединения: если угловое, нужно чтобы он выходил побольше, если сварка встык – миллиметра два. Если сварщик пользуется линзой, электрод можно вывести и на 5 мм. Линза помогает забраться в труднодоступные места и проводить боле качественную сварку.

• Затем с помощью главной панели аппарата переводим его в режим АС-переменный ток (клавиша АС/DC на картинке №13). Выставляем силу тока интуитивно. Чтобы подобрать правильный параметр надо несколько раз попробовать, либо заранее знать, какую назначить силу тока для определенной толщины металла.

• Настройка двухтактного или четырехтактного режима. Эту настройку обычно выбирают исходя из личных предпочтений. Кому-то удобен первый, кому-то второй.
В двухтактном мы нажимаем кнопку горелки, у нас срабатывает поджиг и сварщик работает все-время, держа эту кнопку «пуска». В конце сварщик убирает палец с кнопки – сварочный процесс закончился.
В четырехтактном режиме циклограмма следующая. Мы нажимаем кнопку: пока держим ее – срабатывает стартовый ток, это регулировка на аппарате под обозначением «старт А» (на картинке №1), затем отпускаем кнопку – у нас основной ток, который мы выставили с помощью ручки свободной регулировки «Welding A» (см. под №2). Ориентировочно, для электрода 1,6 ставьте 120А, если ток больше, понадобится электрод диаметром 2,4 – выдерживает уже до 200 -210А, если еще больше – берите диаметр 3,2.

• По окончанию сварки включается функция заварки кратера, регулируется с помощью ручки Down Slope (№4) и работает только в четырехтактном режиме. Фактически это регулировка времени – сколько будет секунд происходить заварка кратера.

• Одна из важнейших настроек -это AC Balance (№8), так называемая зачистка. Если мы переводим ручку в плюс – очистка алюминия происходит лучше. Если вы варите грязный алюминий, эту настройку можно изменять в зависимости от полученных результатов. Обычно ручку Баланса ставят 50/50 на середине.
Все эти настройки важны для работы в обычном режиме без использования специальных навыков.

• Сам процесс сварщик ведет визуально его контролируя: горелка в правой руке, пруток в левой. Для начало нужно выполнить самый простой шов – прямолинейный. Горелка движется справа –налево, вы поджигаете дугу и видите как плавится основной материал, как только образовался жидкое пятнышко металла, добавляете немного металла с прутка и двигаетесь дальше. Процедура повторяется снова и снова пока вы не закончите шов.

Особенности ручного метода сварки

Ручная сварка применяется для изготовления изделий в единственном числе или мелкими сериями, при выполнении работ большой сложности, с которыми автомат справиться не в состоянии. Ток выбирают около 100-140 А. Электрод нужно вести прямо, с наклоном вперед. Оборудование настраивается на постоянный ток. Зона сварки подвергается защите, которая не снимается в течение 1-2 минут после отключения тока. Цвет шва свидетельствует о его качестве: высокое – серебристый, низкое – синий или черный.

Необходимые электроды

Для сварки титановых сплавов используются электроды, изготовленные из вольфрама с добавками небольшого количества оксида лантана, который дает возможность увеличения тока на 50%, продлить срок службы и снизить степень загрязнения сварочной ванны. Конус изделия для снижения шероховатости полируется.

Используются изделия, имеющие сечение 12х60 мм. С их помощью получают шов высокого качества, близкий по составу к свариваемому материалу.

Полезные советы

Чтобы паять алюминий оловом в домашних условиях, рекомендуется придерживаться определенной последовательности действий:

• прогреть алюминиевую деталь, что разрушит слой оксида;
• сместить акцент на место соединения деталей и греть его несколько секунд;
• поднести припой к центру пламени, держать его около алюминиевой детали;
• как только припой начнет плавиться, поднести его к металлу, чтобы он заполнил все швы и пустоты.

Таким способом можно паять как плоские, так и округлые детали. Для работы с алюминиевыми трубочками, которые нужно спаять вместе, необходимо нагреть их края и разместить припой в месте стыка двух деталей, где концентрируется огонь. Благодаря флюсу припой будет распространяться по стыку, склеивая его, а не заливать трубочку изнутри. В том случае, если толщина металла большая, олово нужно наносить в несколько слоев.

Для качественной оловянной плавки алюминия крайне важно выдерживать нужную температуру при использовании газовой горелки.

Этого добиться очень сложно, особенно неопытному мастеру, потому следует быть максимально осторожным и аккуратным во время работы. Процесс пайки алюминия предполагает работу с включенными инструментами, поэтому очень важно не нарушать технику безопасности. У газовой горелки важно проверить шланг на наличие трещин и изгибов, а также целостность баллона.

Выбирая вариант с использованием пламени, нужно знать о том, что для плавки нужен огонь, который не коптит, ровно горит без перебоев. Должна быть возможность увеличить или уменьшить пламя для поддержания оптимальной температуры.

При использовании паяльника важно размещать его на безопасном месте и после использования выключать. В процессе работы с флюсами некоторые из них могут выделять вредные соединения после нагрева, потому стоит позаботиться о проветривании рабочего места.

Как запаять алюминий оловом, смотрите далее.