Saldatura e selezione fili di titanio e leghe di titanio

The material characteristics and weldability of titanium and titanium alloys were studied, and weldability tests were conducted to address the welding defects of oxidation, cracking, and porosity that are prone to occur during the welding of titanium and titanium alloys. Through continuous exploration of welding process specifications for titanium and titanium alloys, as well as reasonable analysis of problems that arise during the testing process, summarize the characteristics and operational essentials of welding processes for titanium and titanium alloys.
Classification and Characteristics of Titanium and Titanium
There are three types of industrial pure titanium: TA1, TA2, and TA3, which differ in the content of hydrogen, ossigeno, and nitrogen impurities. These impurities strengthen industrial pure titanium, ma ne riducono significativamente la plasticità. Sebbene il titanio puro industriale abbia una bassa resistenza, ha ottima plasticità e tenacità, soprattutto con una buona tenacità agli urti a bassa temperatura; Possiede contemporaneamente un'eccellente resistenza alla corrosione. COSÌ, questo materiale è utilizzato principalmente nell'industria chimica, industria petrolifera, ecc., ed è in realtà utilizzato principalmente nelle condizioni di lavoro riportate di seguito 350 ℃.
Secondo la microstruttura a temperatura ambiente delle leghe di titanio ricotto, possono essere suddivisi in tre tipologie:
Lega di titanio di tipo alfa, (alfa+beta) tipo lega di titanio, e lega di titanio di tipo beta.
Tra gli α – tipo leghe di titanio, le leghe della serie Ti AI di TA4, TA5, e TA6 e le leghe Ti+AI+Sn dei tipi TA7 e TA8 sono comunemente usate. A temperatura ambiente, la resistenza di questa lega può raggiungere 931N/mm2, e le sue prestazioni sono stabili alle alte temperature (sotto 500 ℃) con buona saldabilità.
L'applicazione di β – tipo la lega di titanio in Cina è relativamente piccola, e il suo ambito di utilizzo deve essere ulteriormente ampliato.
Saldabilità del titanio e delle leghe di titanio
Le prestazioni di saldatura del titanio e delle leghe di titanio presentano molte caratteristiche significative, che sono determinati dalle proprietà fisiche e chimiche del titanio e delle leghe di titanio.
L'influenza dell'inquinamento da gas e impurità sulle prestazioni di saldatura
A temperatura ambiente, il titanio e le leghe di titanio sono relativamente stabili. Tuttavia, durante il processo di saldatura, le goccioline liquide e il metallo fuso hanno un forte effetto di assorbimento dell'idrogeno, ossigeno, e azoto, e allo stato solido, questi gas hanno già interagito con loro. All'aumentare della temperatura, la capacità del titanio e delle leghe di titanio di assorbire idrogeno, ossigeno, e anche l'azoto aumenta in modo significativo. Cominciano ad assorbire l'idrogeno intorno a 250 ℃, ossigeno a 400 ℃, e azoto a 600 ℃. Dopo che questi gas sono stati assorbiti, causeranno direttamente l'infragilimento del giunto saldato, che è un fattore estremamente importante che influenza la qualità della saldatura.
1.1 Effetti dell'idrogeno
L'idrogeno è il fattore più significativo che influenza le proprietà meccaniche del titanio tra le impurità del gas.
La variazione del contenuto di idrogeno nel cordone di saldatura ha l'impatto più significativo sulla resistenza all'impatto del cordone di saldatura. Il motivo principale è che il contenuto di idrogeno nel cordone di saldatura aumenta, aumenta la quantità di scaglie o aghi come TiH2 precipitati nel cordone di saldatura. La forza del TiH2 è molto bassa, quindi l'effetto dell'HiH2 a forma di foglio o ago è dovuto principalmente alle tacche, con conseguente diminuzione significativa delle prestazioni di impatto; L'effetto dei cambiamenti nel contenuto di idrogeno nelle saldature sul miglioramento della resistenza e sulla riduzione della plasticità non è molto significativo.
1.2 Effetti dell'ossigeno
L'ossigeno ha un alto grado di fusione sia nella fase alfa che beta del titanio, e possono formare fasi solide interstiziali. Le ferite cristalline del titanio sono gravemente distorte, aumentando così la durezza e la resistenza del titanio e delle leghe di titanio, riducendo significativamente la plasticità. Al fine di garantire le prestazioni del giunto di saldatura, oltre a prevenire rigorosamente l'ossidazione principale del cordone di saldatura e della zona interessata dal calore durante il processo di saldatura, anche il contenuto di ossigeno nel metallo base e nel filo di saldatura dovrebbe essere limitato.
1.3 Effetti dell'azoto
A temperature elevate sopra 700 ℃, l'azoto e il titanio subiscono intense reazioni, formando nitruro di titanio fragile e duro (Stagno). Il grado di distorsione del reticolo causato dalla formazione di una soluzione solida interstiziale tra azoto e titanio è più grave di quello causato dalla quantità di ossigeno. Perciò, l'azoto ha un effetto più significativo sul miglioramento della resistenza alla trazione e della durezza delle saldature industriali in titanio puro e sulla riduzione della loro plasticità rispetto all'ossigeno.
1.4 Impatto del carbonio
Il carbonio è anche un'impurità comune nel titanio e nelle leghe di titanio. Gli esperimenti hanno dimostrato che quando il contenuto di carbonio è 0.13%, grazie alla sua profonda presenza in alfa titanio, il limite di resistenza del cordone di saldatura viene leggermente aumentato e la plasticità viene leggermente ridotta, ma non così forte come l'effetto dell'ossigeno e dell'azoto. Tuttavia, quando il contenuto di carbonio del cordone di saldatura viene ulteriormente aumentato, nel cordone di saldatura appare una rete di TiC, e la sua quantità aumenta con l'aumentare del contenuto di carbonio, causando una forte diminuzione della plasticità del cordone di saldatura e rendendolo soggetto a fessurazioni sotto stress di saldatura. Perciò, il contenuto di carbonio del titanio e dei materiali di base in lega di titanio non deve superare 0.1%, e il contenuto di carbonio delle saldature non deve superare quello del materiale di base
2? Problema di rottura del giunto di saldatura
Durante la saldatura del titanio e delle leghe di titanio, la possibilità di cricche a caldo nel giunto saldato è molto ridotta. Questo perché le impurità come 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. Inoltre, 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'aumento del contenuto di idrogeno porta ad un aumento della quantità di TiH2 precipitato in questa zona, aumentando la fragilità della zona colpita dal calore. Inoltre, l'espansione del volume durante la precipitazione dell'idruro provoca uno stress significativo sui tessuti, e gli atomi di idrogeno si diffondono e si aggregano verso aree ad alto stress in questa zona, con conseguente formazione di crepe. Il modo principale per prevenire il verificarsi di cricche ritardate è ridurre la fonte di idrogeno nel giunto di saldatura. Al momento della fatturazione, è inoltre necessario effettuare un trattamento di abbattimento fiamma.
3? Problema dei pori nel cordone di saldatura
I pori sono un problema comune riscontrato durante la saldatura del titanio e delle leghe di titanio. La ragione fondamentale per la formazione dei pori è dovuta all'effetto dell'idrogeno. La formazione di porosità nel metallo saldato influisce principalmente sulla resistenza alla fatica del giunto.
Le principali misure di processo per prevenire la formazione di pori includono:
3.1 La protezione del gas neon dovrebbe essere pura, con una purezza non inferiore a 99.99%
3.2 Rimuovere accuratamente la materia organica come incrostazioni di ossido e macchie di olio dalla superficie delle parti saldate e dei fili di saldatura.
3.3 Applicare una buona protezione dal gas alla pozza di fusione, controllare la portata e la velocità del gas argon per prevenire il flusso turbolento e influenzare l'effetto di protezione.
3.4 La corretta selezione dei parametri del processo di saldatura e l'aumento del tempo di ritenzione delle vasche profonde per impedire la fuoriuscita di bolle possono ridurre efficacemente la porosità.
Conclusione
Il problema della protezione del gas nella saldatura del titanio e delle leghe di titanio è il fattore principale che influenza la qualità dei giunti saldati.
Durante la saldatura del titanio e delle leghe di titanio, un piccolo apporto di calore dovrebbe essere utilizzato il più possibile.
Quando si esegue la saldatura manuale con gas inerte di tungsteno TA2, la fonte di idrogeno dovrebbe essere rigorosamente controllata per prevenire il verificarsi di cricche a freddo, e si dovrebbe prestare attenzione a prevenire la formazione di pori.
Purché la saldatura venga eseguita rigorosamente in base ai requisiti del processo di saldatura e vengano adottate misure efficaci di protezione del gas, si possono ottenere giunti di saldatura di alta qualità.