Soudage et sélection de fils de titane et alliages de titane

Les caractéristiques des matériaux et la soudabilité du titane et des alliages de titane ont été étudiées, et des tests de soudabilité ont été effectués pour remédier aux défauts de soudage dus à l'oxydation, fissuration, et porosité susceptibles de se produire lors du soudage du titane et des alliages de titane. Grâce à l'exploration continue des spécifications des procédés de soudage pour le titane et les alliages de titane, ainsi qu'une analyse raisonnable des problèmes qui surviennent pendant le processus de test, résumer les caractéristiques et les principes opérationnels essentiels des procédés de soudage du titane et des alliages de titane.
Classification et caractéristiques du titane et du titane
Il existe trois types de titane pur industriel: TA1, TA2, et TA3, qui diffèrent par la teneur en hydrogène, oxygène, et les impuretés azotées. Ces impuretés renforcent le titane pur industriel, mais réduit considérablement sa plasticité. Bien que le titane pur industriel ait une faible résistance, il a une excellente plasticité et ténacité, surtout avec une bonne résistance aux chocs à basse température; Possédant simultanément une excellente résistance à la corrosion. Donc, ce matériau est principalement utilisé dans l'industrie chimique, industrie pétrolière, etc., et est en fait principalement utilisé dans les conditions de travail ci-dessous 350 ℃.
Selon la microstructure à température ambiante des alliages de titane recuits, ils peuvent être divisés en trois types:
Alliage de titane de type Alpha, (alpha+bêta) type alliage de titane, et alliage de titane de type bêta.
Parmi les α – type alliages de titane, les alliages de la série Ti AI de TA4, TA5, et les types TA6 et les alliages Ti+AI+Sn des types TA7 et TA8 sont couramment utilisés. A température ambiante, la résistance de cet alliage peut atteindre 931N/mm2, et ses performances sont stables à haute température (ci-dessous 500 ℃) avec une bonne soudabilité.
L'application de β – L'alliage de titane de type en Chine est relativement petit, et son champ d'utilisation doit être encore élargi.
Soudabilité du titane et des alliages de titane
Les performances de soudage du titane et des alliages de titane présentent de nombreuses caractéristiques importantes, qui sont déterminés par les propriétés physiques et chimiques du titane et des alliages de titane.
L'influence de la pollution par les gaz et les impuretés sur les performances de soudage
A température ambiante, le titane et les alliages de titane sont relativement stables. Cependant, pendant le processus de soudage, les gouttelettes de liquide et le métal en fusion ont un fort effet d'absorption sur l'hydrogène, oxygène, et de l'azote, et à l'état solide, ces gaz ont déjà interagi avec eux. À mesure que la température augmente, la capacité du titane et des alliages de titane à absorber l’hydrogène, oxygène, et l'azote augmente également de manière significative. Ils commencent à absorber l'hydrogène vers 250 ℃, l'oxygène à 400 ℃, et de l'azote à 600 ℃. Une fois ces gaz absorbés, ils provoqueront directement une fragilisation du joint soudé, ce qui est un facteur extrêmement important affectant la qualité du soudage.
1.1 Effets de l'hydrogène
L'hydrogène est le facteur le plus important affectant les propriétés mécaniques du titane parmi les impuretés gazeuses.
Le changement de la teneur en hydrogène dans le cordon de soudure a l'impact le plus significatif sur les performances d'impact du cordon de soudure. La raison principale est que, à mesure que la teneur en hydrogène dans le cordon de soudure augmente, la quantité de flocons ou d'aiguilles comme TiH2 précipitée dans le cordon de soudure augmente. La force du TiH2 est très faible, donc l'effet du HiH2 en forme de feuille ou d'aiguille est principalement dû aux encoches, entraînant une diminution significative des performances d’impact; L'effet des changements de teneur en hydrogène dans les soudures sur l'amélioration de la résistance et la réduction de la plasticité n'est pas très significatif..
1.2 Effets de l'oxygène
L'oxygène a un degré élevé de fusion dans les phases alpha et bêta du titane., et peut former des phases solides interstitielles. Les plaies cristallines du titane sont gravement déformées, augmentant ainsi la dureté et la résistance du titane et des alliages de titane, tout en réduisant considérablement la plasticité. Afin d'assurer la performance du joint de soudure, en plus d'empêcher strictement l'oxydation principale du cordon de soudure et de la zone affectée thermiquement pendant le processus de soudage, la teneur en oxygène du métal de base et du fil de soudage doit également être limitée.
1.3 Effets de l'azote
À des températures élevées au-dessus 700 ℃, l'azote et le titane subissent des réactions intenses, formant du nitrure de titane cassant et dur (Étain). Le degré de distorsion du réseau provoqué par la formation d'une solution solide interstitielle entre l'azote et le titane est plus grave que celui provoqué par la quantité d'oxygène.. Donc, l'azote a un effet plus significatif sur l'amélioration de la résistance à la traction et de la dureté des soudures industrielles en titane pur et sur la réduction de leur plasticité que l'oxygène.
1.4 Impact du carbone
Le carbone est également une impureté courante dans le titane et les alliages de titane.. Des expériences ont montré que lorsque la teneur en carbone est 0.13%, en raison de sa présence profonde dans le titane alpha, la limite de résistance du cordon de soudure est légèrement augmentée et la plasticité est légèrement réduite, mais pas aussi fort que l'effet de l'oxygène et de l'azote. Cependant, lorsque la teneur en carbone du cordon de soudure augmente encore, un réseau de TiC apparaît dans le cordon de soudure, et sa quantité augmente avec l'augmentation de la teneur en carbone, provoquant une forte diminution de la plasticité du cordon de soudure et le rendant sujet à la fissuration sous contrainte de soudage. Donc, la teneur en carbone des matériaux de base en titane et en alliage de titane ne doit pas dépasser 0.1%, et la teneur en carbone des soudures ne doit pas dépasser celle du matériau de base
2? Problème de fissure des joints de soudure
Lors du soudage du titane et des alliages de titane, la possibilité de fissuration à chaud dans le joint soudé est très faible. En effet, les impuretés telles que S, P., and C in titanium and titanium alloys are very low, and the low melting point eutectic formed by S and P is not easy to appear at the grain boundaries. En outre, the effective crystallization temperature range is narrow, and the shrinkage during solidification of titanium and titanium alloys is small, so the weld metal will not produce hot cracks.
During the welding of titanium and titanium alloys, cold cracks may appear in the heat affected zone, characterized by delayed cracking occurring several hours or even longer after welding. Research has shown that this type of crack is related to the diffusion of hydrogen bombs during the welding process. During the welding process, hydrogen diffuses from the high-temperature deep pool to the lower temperature heat affected zone. L'augmentation de la teneur en hydrogène entraîne une augmentation de la quantité de TiH2 précipité dans cette zone, augmentant la fragilité de la zone affectée par la chaleur. En outre, l'expansion du volume lors de la précipitation des hydrures provoque un stress tissulaire important, et les atomes d'hydrogène diffusent et s'agrègent vers les zones à fortes contraintes de cette zone, entraînant la formation de fissures. Le principal moyen de prévenir l'apparition de fissures retardées est de réduire la source d'hydrogène dans le joint de soudure.. Lors de la facturation, il est également nécessaire d'effectuer un traitement d'extinction de flamme.
3? Problème de pores dans le cordon de soudure
Les pores sont un problème courant rencontré lors du soudage du titane et des alliages de titane.. La raison fondamentale de la formation des pores est due à l’effet de l’hydrogène.. La formation de porosité dans le métal fondu affecte principalement la résistance à la fatigue du joint..
Les principales mesures de traitement pour empêcher la formation de pores comprennent:
3.1 La protection du gaz néon doit être pure, avec une pureté d'au moins 99.99%
3.2 Éliminer soigneusement les matières organiques telles que les dépôts d'oxyde et les taches d'huile de la surface des pièces soudées et des fils de soudage..
3.3 Appliquer une bonne protection contre les gaz à la piscine en fusion, contrôler le débit et la vitesse du gaz argon pour éviter un écoulement turbulent et affecter l'effet de protection.
3.4 La sélection correcte des paramètres du processus de soudage et l'augmentation du temps de rétention des piscines profondes pour empêcher la fuite de bulles peuvent réduire efficacement la porosité..
Conclusion
Le problème de la protection contre les gaz lors du soudage du titane et des alliages de titane est le principal facteur affectant la qualité des joints soudés..
Lors du soudage du titane et des alliages de titane, un faible apport de chaleur doit être utilisé autant que possible.
Lors de l’exécution du soudage manuel au gaz inerte au tungstène TA2, la source d'hydrogène doit être strictement contrôlée pour éviter l'apparition de fissures à froid, et il faut veiller à prévenir la formation de pores.
Tant que le soudage est strictement effectué conformément aux exigences du processus de soudage et que des mesures efficaces de protection contre les gaz sont prises, des joints de soudure de haute qualité peuvent être obtenus.