Применение титановых выхлопных труб в автоспорте и автомобильных системах

Почему титан используется в выхлопных системах

Титановые выхлопные трубы и трубы стали стандартным выбором для высокоэффективных-выхлопных систем мотоциклов и автомобилей. Причина – сочетание свойств, которые не может воспроизвести ни одна нержавеющая сталь при том же весе. Плотность титана составляет около 4,51 г/см3, поэтому выхлопная система из титана обычно весит на 40-50 % меньше, чем эквивалентная система из нержавеющей стали. Материал также выдерживает постоянные температуры выхлопных газов в диапазоне 600-800 градусов без образования накипи и охрупчивания, которые возникают у мягкой стали с покрытием, а его естественно образующийся оксидный слой обеспечивает превосходную устойчивость к дорожной соли, конденсационным кислотам и средам, богатым хлоридами.

Нижняя масса — это не просто цифра в спецификации. Уменьшенная масса в задней части мотоцикла или автомобиля снижает центр тяжести, позволяет подвеске быстрее реагировать и снижает нагрузку на подвески и кронштейны выхлопной системы. Внутри трубы более гладкая поверхность отверстия и более тонкие стенки улучшают скорость газа, поэтому титан широко используется в коллекторах, средних-трубах и глушителях в автоспорте.

Ключевые применения в автоспорте и автомобилестроении

Выхлопная труба и кожухи глушителя:тонко-сварные и бесшовные трубы толщиной 0,8-2,0 мм, согнутые и приваренные к коллекторам, средним трубам и корпусам глушителей.

Гибкие соединения и сильфоны:гофрированные титановые сильфоны поглощают тепловое расширение и движение двигателя, защищая коллекторы от растрескивания.

Выхлопные подвески и кронштейны:круглый стержень и стержень GR1, GR2 и GR5, из которых изготавливаются подвески, проставки и шатуны.

Разрезы пирогов и сборщики слияний:сегменты,-вырезанные лазером, привариваются к коллекторам, где качество присадочной проволоки определяет усталостную долговечность соединений.

Трубопровод турбокомпрессора и перепускной заслонки:легкая-калибровочная трубка, выдерживающая высокие температурные циклы без искажений.

Мотоциклетные накладки-и полные системы:самое крупное приложение, сочетающее в себе экономию веса с характерным звуком и стабильным цветом после циклического нагрева.

Марки титана и формы выпускаемой продукции

Коммерчески чистые марки используются для изготовления труб и сильфонов, где формуемость и свариваемость имеют наибольшее значение; Легированные марки используются там, где необходима более высокая прочность. В таблице ниже приведены формы, которые обычно указываются для выхлопных работ, и стандарты, которые их охватывают.

Сварная труба по ASTM B337 и бесшовная труба по ASTM B338 — это две спецификации, которые чаще всего указываются для выхлопной трубы, тогда как пластина по ASTM B265 используется для торцевых крышек глушителей и фланцев, вырезанных из листа. Стержни и стержни для подвесок крышек ASTM B348, стержней с резьбой и механически обработанных фитингов доступны в круглом, квадратном и шестиугольном сечении, с нестандартными диаметрами и длинами, обрезанными по чертежу.

Титановый гибкий сильфон выхлопной системы

Титановый сильфон – это гофрированный элемент-подобия гармошки, который поглощает линейный рост, вызванный тепловым расширением в выхлопной системе. Без этого расширение горячего коллектора прижимается к фланцу коллектора и в конечном итоге приводит к растрескиванию сварного шва. Сильфоны GR1 и GR2 являются наиболее распространенным выбором, поскольку их более высокая пластичность позволяет создавать более глубокие гофры без растрескивания во время формовки. Их преимущества включают не-немагнитное поведение, хорошее тепловое излучение и электромагнитное экранирование, малый вес, высокую чувствительность к движению и сильную коррозионную стойкость.

Длина сильфона, количество слоев и количество витков выбираются исходя из осевого перемещения и ожидаемого количества тепловых циклов, а не только из размера отверстия.

Сварка и изготовление титановых выхлопных трубок

Титан необходимо сваривать в инертной атмосфере, поскольку при температуре примерно 400 градусов поверхность поглощает кислород, азот и водород и становится хрупкой. Сварка TIG — обычный процесс вытяжных работ, а присадочная проволока ERTi-1 или ERTi-2 (соответствующая маркам 1 и 2) используется для технически чистого основного металла; одни и те же типы проволоки поставляются в качестве присадочной проволоки MIG и TIG для дуговой сварки титана и титановых сплавов. Продувочный газ должен достигать внутренней части трубки, а для любого соединения, которое остается горячим после прохождения дуги, требуется защитный экран.

Подберите марку присадочной проволоки к основному металлу, чтобы зона сварки оставалась такой же пластичной, как и основная труба.

Непосредственно перед сваркой очистите соединение специальной щеткой из нержавеющей или твердосплавной стали и салфеткой из ацетона; Загрязнение титана незаметно до тех пор, пока соединение не выйдет из строя.

Поддерживайте низкую температуру между проходами и используйте минимальное тепловложение, обеспечивающее полное проникновение.

Сварите круговые разрезы и объедините коллекторы в продуваемой камере или с перчаточным боксом, если позволяет геометрия.

Проверьте цвет после сварки: на шве с продувочной-подложкой допускается светло-соломенный оттенок, а серые или белые шелушащиеся отложения указывают на загрязнение и требуют доработки.

Термическая обработка после-сварки обычно не требуется для промышленно чистой выхлопной трубы, но снятие напряжений применяется, когда система сваривается с жесткими пределами плоскостности или когда узел будет работать в условиях вибрации и высокой температуры.

Коррозионное, термическое и эксплуатационные характеристики

Защитный оксидный слой, образующийся на титане, стабилен в большинстве выхлопных сред и немедленно восстанавливается, если поверхность поцарапана, поэтому титановые системы сохраняют свой внешний вид гораздо дольше, чем окрашенная или алюминизированная сталь. Тепловое расширение титана составляет около 8,6 × 10-6 /K, что ниже, чем у аустенитной нержавеющей стали, поэтому титановая система требует меньшего припуска на расширение -, но поскольку стенка трубы тоньше, гибкость сильфона или скользящего соединения по-прежнему необходима для защиты коллектора. Снижение веса, более высокая скорость газа и более низкая температура под капотом вместе дают измеримый прирост мощности и отзывчивость дроссельной заслонки, которые ищут команды автоспорта.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Какая марка титана лучше всего подходит для выхлопной системы мотоцикла?
Сварная труба класса 2 по ASTM B337 является стандартным выбором для выхлопных труб и корпусов глушителей, а класс 1 предпочтителен для сильфонов глубокой-формы. Класс 5 используется для высокопрочных-стержней, фланцев и крепежных изделий, а не для самой трубы.

Вопрос: Насколько титановый выхлоп легче, чем выхлоп из нержавеющей стали?
Титан имеет плотность около 4,51 г/см3 против примерно 7,9 г/см3 у нержавеющей стали, поэтому титановая система обычно на 40-50% легче при той же толщине стенки и геометрии.

Вопрос: Какую присадочную проволоку следует использовать для TIG-сварки титановой выхлопной трубы?
Стандартной является проволока ERTi-1 или ERTi-2, соответствующая основному металлу класса 1 или 2. Марка присадочного материала должна соответствовать марке трубы, чтобы зона сварного шва сохраняла сопоставимую пластичность и коррозионную стойкость.

Вопрос: Какие размеры отверстий доступны для гибких титановых сильфонов?
Общие размеры включают 38,1 мм, 44,5 мм, 47,6 мм, 60 мм, 63,5 мм, 70 мм, 76,2 мм, 89 мм, 101,6 мм и 127 мм. Длина, количество слоев и количество витков определяются в соответствии с осевым перемещением и термическими циклами.

Вопрос: Нужна ли титановая выхлопная система термообработка после-сварки?
Не для обычной выхлопной трубы коммерческой чистоты. Снятие напряжения применяется, когда пределы плоскостности ограничены или когда сборка испытывает постоянную-вибрацию при высоких температурах.

Вопрос: Почему титановая выхлопная трубка обесцвечивается после использования?
Циклическое нагревание утолщает естественный оксидный слой и дает соломенный, синий и фиолетовый оттенки, характерные для титановых выхлопов. Это поверхностный оксид, а не коррозия и не снижающий прочность стенок.