Aliajele de titan sunt utilizate pe scară largă în industria aerospațială, chimică și inginerie marină datorită rezistenței lor specifice ridicate și rezistenței excelente la coroziune. Cu toate acestea, titanul are reactivitate chimică extrem de ridicată. Când temperatura depășește intervalul de 500-700 de grade , va absorbi puternic oxigenul, hidrogenul și azotul din aer. Va cauza fisurarea sudurii și reducerea plasticității, ceea ce afectează grav performanța îmbinării. Ca rezultat, la sudarea aliajelor de titan, se utilizează metoda de sudare cu arc cu argon (TIG) pentru a proteja bazinul topit și zonele cu temperatură înaltă-a cordonului de sudură cu temperaturi de peste 400 până la 650 de grade Celsius și se folosește o pistoletă de sudură de dimensiuni mari-pentru extinderea zonei de protecție a gazelor. Când duza nu poate acoperi eficient sudarea și metalul la temperatură înaltă din apropierea sudurii, trebuie adăugat un capac de protecție împotriva gazului argon pentru a asigura izolarea completă de aer pe tot parcursul procesului.
Pre-pregătirea sudurii și proiectarea canelurilor
Curățarea suprafețelor
Calitatea suprafeței sudurii și a firului de sudură determină direct proprietățile mecanice ale îmbinării sudate. Înainte de sudare, piesa de testare și firul de sudură trebuie să fie supuse unui tratament de spălare cu acid, urmat de clătire cu apă curată și uscare. Apoi, sudarea trebuie efectuată imediat. Dacă nu sunt disponibile condiții de spălare acidă, solvenți organici precum acetonă, etanol, tetraclorură de carbon sau metanol pot fi utilizați pentru a șterge cu grijă canelura plăcii de titan și zonele de 50 mm pe ambele părți, suprafața sârmei de sudură și părțile dispozitivului de fixare în contact cu placa de titan, îndepărtând temeinic oxidul și alte substanțe organice.
Echipamente de sudare
Pentru sudarea cu arc cu titan și aliaje de titan, ar trebui să fie selectată o sursă de alimentare cu arc de sudare cu argon DC cu o caracteristică exterioară descendentă și o funcție de pornire a arcului de -înaltă frecvență. Pentru a preveni oxidarea sau contaminarea cordonului de sudură în timpul răcirii, aparatul de sudură trebuie setat la un timp de alimentare cu gaz întârziat de nu mai puțin de 15 secunde. În acest exemplu, este selectată mașina de sudat cu arc cu argon cu impulsuri de curent continuu cu invertor IGBT de tip WSM-315, care poate îndeplini cerințele de mai sus.
Materiale de sudare
Cerințele pentru gazul de protecție argon sunt următoarele: puritatea nu trebuie să fie mai mică de 99,99%, punctul de rouă trebuie să fie mai mic de -40 de grade, iar umiditatea relativă trebuie să fie mai mică de 5%. Când presiunea din interiorul cilindrului de argon scade la 0,981 MPa, acesta trebuie oprit pentru a asigura efectul de protecție. În principiu, firul de sudură umplut trebuie să fie din același material ca și metalul de bază; pentru a îmbunătăți plasticitatea îmbinării, poate fi selectat și un fir de sudură puțin mai puțin aliat, cum ar fi TC3.
Forma Groove
Designul canelurii ar trebui să minimizeze numărul de straturi de sudură și cantitatea de metal de umplutură, deoarece o creștere a numărului de straturi va duce la o creștere a absorbției cumulate de gaz a cordonului de sudură, deteriorarea performanței îmbinării. Având în vedere că dimensiunea bazinului topit este mare în timpul sudării aliajului de titan, sudarea ar trebui prelucrată cu o singură canelură în formă de V-, cu unghiul controlat la 70 de grade până la 80 de grade .
Parametrii procesului de sudare și punctele de control
SudareParametrii procesului și punctele de control
Parametrii de proces rezonabili sunt cheia pentru asigurarea calității sudurii. În timpul funcționării, este necesar să se controleze cu precizie debitul și viteza gazului argon pentru a evita fluxul turbulent care slăbește efectul de protecție. Sudarea manuală cu gaz inert de tungsten este potrivită pentru sudarea plăcilor subțiri de titan și a plăcilor de titan cu grosime medie-. Atâta timp cât parametrii sunt selectați corespunzător, se poate obține o calitate satisfăcătoare a sudurii. În plus, toate procesele de curățare ar trebui să fie finalizate cât mai curând posibil, iar sudarea trebuie efectuată prompt pentru a preveni poluarea secundară.
Defecte comune și mecanismele lor de reparare
Crăpături la rece (fisuri întârziate)
La sudarea titanului și a aliajelor de titan, probabilitatea ca îmbinarea să genereze fisuri la cald este extrem de scăzută. Acest lucru se datorează faptului că materialele conțin foarte puține impurități, cum ar fi sulf, fosfor și carbon, care sunt dificil de format eutectici cu punct de topire scăzut--, iar intervalul efectiv de temperatură de cristalizare este îngust, cu o cantitate mică de contracție la solidificare. Cu toate acestea, în zona afectată-de căldură pot apărea fisuri la rece, care se manifestă ca apărând doar la câteva ore sau chiar mai mult după sudare, de aceea fiind numite fisuri întârziate.
Formarea fisurilor întârziate este strâns legată de comportamentul hidrogenului: în timpul procesului de sudare, hidrogenul difuzează din bazinul de-înaltă temperatură topit în zona afectată de-căldură de temperatură mai joasă-, crescând conținutul de hidrogen din această zonă. Formează faze fragile de TiH₂ și, în același timp, compușii cu hidrogen precipită, provocând tensiuni microstructurale mari din cauza expansiunii în volum. În plus, atomii de hidrogen se acumulează în zonele de-solicitare ridicată, conducând în cele din urmă la inițierea și propagarea fisurilor.
Porozitate
Porozitatea este un alt defect comun în sudarea aliajelor de titan. Cauza sa fundamentală este legată și de hidrogen. Solubilitatea hidrogenului în -Ti este extrem de scăzută, fiind de doar aproximativ 0,002% (fracție de masă) la temperatura camerei. Când sudarea sau zona afectată de căldură-se răcește sub 300 de grade, hidrogenul supra-saturat precipită sub formă de hidrură de titan (fază), însoțită de expansiune în volum și stres intergranular. Acest lucru poate cauza microfisuri intergranulare. Aceste microfisuri, sub forțele externe, se vor extinde în fisuri macroscopice, iar prezența porozității reduce semnificativ rezistența la oboseală a îmbinării.
Pe scurt, cheia succesului sudării aliajelor de titan constă în curățarea pre-sudării, prevenirea oxidării și absorbția hidrogenului pe tot parcursul procesului, protecția cu gaz argon de înaltă-puritate, designul rezonabil al canelurilor și controlul precis al procesului. Sudarea manuală cu gaz inert de tungsten combinată cu protecția plăcii de acoperire ecranată este o soluție eficientă în practica ingineriei curente, care poate obține în mod stabil îmbinări de sudură de înaltă calitate-care îndeplinesc cerințele de utilizare.
Citeşte mai mult:
Analiza performanței de tăiere și sudare a plăcii de titan TA2
Explicație detaliată a tehnologiei de sudare pentru repararea țevilor din aliaj de titan