Οι καλύτερες μέθοδοι συγκόλλησης για τιτάνιο και κράματα τιτανίου

Το τιτάνιο και τα κράματά του, τα οποία αποτελούνται από στοιχεία όπως ο σίδηρος, το αλουμίνιο, το βανάδιο και το μολυβδαίνιο, έχουν εξαιρετικές φυσικές και μηχανικές ιδιότητες όπως υψηλή αντοχή, υψηλή αντοχή στη θερμότητα και καλή αντοχή στη διάβρωση. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε τομείς υψηλής τεχνολογίας όπως η χημική μηχανική, η ναυτική μηχανική, οι μεταφορές, η ιατρική, οι κατασκευές, η αεροδιαστημική και η στρατιωτική βιομηχανία και είναι σημαντικά ελαφριά δομικά υλικά. Μεταξύ αυτών, η αεροδιαστημική είναι μια σημαντική περιοχή εφαρμογής κατάντη.
Το τιτάνιο και τα κράματά του είναι δραστικά μέταλλα και χρησιμοποιούνται ευρέως στην αεροδιαστημική, την πετροχημική και την πυρηνική βιομηχανία. Τα κύρια προβλήματα στη συγκόλληση του τιτανίου και των κραμάτων του είναι τα εξής:
① Το σταθερό φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια. Το τιτάνιο και τα κράματά του έχουν ισχυρή συγγένεια για το οξυγόνο και είναι εύκολο να δημιουργήσουν ένα σταθερό φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια, το οποίο εμποδίζει τη διαβροχή και την εξάπλωση του υλικού συγκόλλησης. Επομένως, πρέπει να αφαιρείται κατά τη συγκόλληση.
② Απορροφήστε έντονα αέρια. Το τιτάνιο και τα κράματά του έχουν την τάση να απορροφούν υδρογόνο, οξυγόνο και άζωτο κατά τη διαδικασία θέρμανσης και όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο ισχυρότερη είναι η απορρόφηση, γεγονός που οδηγεί σε απότομη μείωση της πλαστικότητας και της σκληρότητας του τιτανίου. Επομένως, η συγκόλληση θα πρέπει να πραγματοποιείται σε κενό ή αδρανή ατμόσφαιρα.
③ Εύκολο σχηματισμό διαμεταλλικών ενώσεων. Το τιτάνιο και τα κράματά του μπορούν να αντιδράσουν με τα περισσότερα υλικά συγκόλλησης για να σχηματίσουν εύθραυστες ενώσεις, με αποτέλεσμα οι αρμοί να γίνουν εύθραυστοι. Επομένως, το υλικό συγκόλλησης που χρησιμοποιείται για τη συγκόλληση άλλων υλικών βασικά δεν είναι κατάλληλο για τη συγκόλληση αντιδραστικών μετάλλων.
④ Η δομή και οι ιδιότητες είναι επιρρεπείς σε αλλαγές. Το τιτάνιο και τα κράματά του υφίστανται μετασχηματισμό φάσης και τραχύτητα κόκκων κατά τη θέρμανση. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο πιο σοβαρή είναι η τραχύτητα, επομένως η θερμοκρασία για τη συγκόλληση σε υψηλή θερμοκρασία δεν πρέπει να είναι πολύ υψηλή.
Συνοπτικά, κατά τη συγκόλληση τιτανίου και των κραμάτων του, πρέπει να δοθεί προσοχή στη θερμοκρασία θέρμανσης της συγκόλλησης. Γενικά, η θερμοκρασία συγκόλλησης δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 950-1000 βαθμούς , και όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία συγκόλλησης, τόσο μικρότερη είναι η επίδραση στις ιδιότητες του υλικού βάσης. Για σβησμένα και σκληρυμένα κράματα, η συγκόλληση μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί υπό την προϋπόθεση ότι δεν υπερβαίνει τη θερμοκρασία γήρανσης.
Για να αποφευχθεί η οξείδωση και οι αντιδράσεις απορρόφησης οξυγόνου και υδρογόνου στον συγκολλημένο σύνδεσμο, η συγκόλληση τιτανίου και κράματος τιτανίου πραγματοποιείται σε κενό και αδρανή ατμόσφαιρα και γενικά δεν χρησιμοποιείται η συγκόλληση με φλόγα. Κατά τη συγκόλληση σε κενό ή χλώριο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί θέρμανση υψηλής συχνότητας, θέρμανση κλιβάνου και άλλες μέθοδοι, οι οποίες έχουν γρήγορη ταχύτητα θέρμανσης και μικρό χρόνο συγκράτησης, με αποτέλεσμα ένα λεπτότερο στρώμα ενώσεων στη ζώνη διεπαφής και καλύτερη απόδοση της άρθρωσης. Επομένως, η θερμοκρασία συγκόλλησης και ο χρόνος συγκράτησης πρέπει να ελέγχονται για να ρέει το υλικό συγκόλλησης μέσα στο διάκενο.
Ο λόγος για τον οποίο η συγκόλληση τιτανίου και των κραμάτων του γίνεται καλύτερα σε κενό και αργό είναι ότι, αν και το τιτάνιο έχει μεγάλη συγγένεια για το οξυγόνο, μπορεί να αποκτήσει λεία επιφάνεια σε κενό 13,3Pa λόγω της διάλυσης του φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια.
Κατά τη συγκόλληση σε ατμόσφαιρα αργού και το εύρος θερμοκρασίας συγκόλλησης είναι 760-927 βαθμοί , απαιτείται αργό υψηλής καθαρότητας για να αποφευχθεί ο αποχρωματισμός του τιτανίου. Γενικά, το υγρό αργό σε δοχεία αποθήκευσης ψυκτικού μέσου χρησιμοποιείται επειδή έχει υψηλή καθαρότητα.
Κατά τη συγκόλληση τιτανίου και κραμάτων τιτανίου, συχνά σχηματίζονται εύθραυστες διαμεταλλικές ενώσεις στη διεπιφάνεια ή στο διάκενο συγκόλλησης, μειώνοντας έτσι την απόδοση του συγκολλημένου συνδέσμου. Η συγκόλληση διάχυσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της απόδοσης της συγκολλημένης άρθρωσης. Κατά τη συγκόλληση, φύλλο χαλκού πάχους 50μm, φύλλο νικελίου ή φύλλο αργύρου τοποθετείται μεταξύ των κραμάτων τιτανίου, τα οποία αντίστοιχα σχηματίζουν ευτηκτική Cu-Ti, Ni-Ti και Ag-Ti βασιζόμενοι στην αντίδραση επαφής μεταξύ του τιτανίου και αυτών των μετάλλων. Στη συνέχεια αυτές οι εύθραυστες διαμεταλλικές ενώσεις διαχέονται. Η άρθρωση που συνδέεται με διάχυση έχει σχετικά καλή απόδοση κάτω από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και χρόνο.
Επιπλέον, + -κράματα τιτανίου φάσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ανόπτηση, επεξεργασία με διάλυμα ή παλαιωμένη κατάσταση. Εάν απαιτείται ανόπτηση μετά τη συγκόλληση, είναι διαθέσιμα τρία σχήματα: συγκόλληση σε ή κάτω από τη θερμοκρασία ανόπτησης μετά την ανόπτηση. συγκόλληση σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία ανόπτησης και υιοθέτηση μιας διαδικασίας ψύξης κατά τμήματα στον κύκλο συγκόλλησης για να ληφθεί δομή ανόπτησης. και συγκόλληση σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία ανόπτησης και στη συνέχεια ανόπτηση.