チタンおよびチタン合金の溶接とワイヤの選択

チタンおよびチタン合金の材料特性と溶接性を研究しました。, 酸化による溶接欠陥に対処するために溶接性試験が実施されました。, ひび割れ, チタンやチタン合金の溶接時に発生しやすい気孔と気孔. チタンおよびチタン合金の溶接プロセス仕様の継続的な調査を通じて, テストプロセス中に発生する問題の合理的な分析だけでなく, チタンおよびチタン合金の溶接プロセスの特徴と操作上の基本事項を要約します。.
チタンの分類と特徴とチタン
工業用純チタンには3種類あります: TA1, TA2, とTA3, 水素の含有量が異なります, 酸素, および窒素不純物. これらの不純物が工業用純チタンを強化します。, ただし可塑性は大幅に低下します. 工業用純チタンは強度が低いですが, 優れた可塑性と靭性を持っています, 特に優れた低温衝撃靭性を備えています; 優れた耐食性を同時に備えます. それで, この材料は主に化学産業で使用されています, 石油産業, 等, 実際には以下のような作業条件で主に使用されます。 350 ℃.
アニールされたチタン合金の室温微細構造によると, それらは3つのタイプに分類できます:
α型チタン合金, (アルファ+ベータ) タイプ チタン合金, およびβ型チタン合金.
αの中では – チタン合金の種類, TA4のTi AIシリーズ合金, TA5, TA6 タイプと、TA7 および TA8 タイプの Ti+Al+Sn 合金が一般的に使用されます。. 室温で, この合金の強度は931N/mm2に達します。, 高温でも性能が安定しています (下に 500 ℃) 溶接性が良い.
βの応用 – 中国のチタン合金は比較的小さい, そしてその利用範囲はさらに拡大する必要がある.
チタンおよびチタン合金の溶接性
チタンおよびチタン合金の溶接性能には多くの重要な特徴があります。, これらはチタンおよびチタン合金の物理的および化学的特性によって決まります。.
ガスや不純物汚染が溶接性能に及ぼす影響
室温で, チタンおよびチタン合金は比較的安定しています. しかし, 溶接プロセス中に, 液滴や溶融金属は水素に対して強い吸収効果を持っています, 酸素, そして窒素, そして固体状態では, これらのガスはすでに相互作用しています. 気温が上がるにつれて, チタンおよびチタン合金の水素を吸収する能力, 酸素, 窒素も大幅に増加します. およそから水素を吸収し始めます。 250 ℃, 酸素 400 ℃, と窒素 600 ℃. これらのガスが吸収された後, 溶接継手の脆化を直接引き起こします。, これは溶接の品質に影響を与える非常に重要な要素です.
1.1 水素の効果
水素は、ガス不純物の中でチタンの機械的特性に影響を与える最も重要な要素です。.
溶接線の水素含有量の変化は、溶接線の衝撃性能に最も大きな影響を与えます。. 主な理由は、溶接シーム内の水素含有量が増加するためです。, 溶接シームに析出するTiH2のようなフレークや針状物の量が増加する. TiH2 の強度は非常に低いです, したがって、シートまたは針状の HiH2 の効果は主にノッチによるものです。, 衝撃性能が大幅に低下する; 溶接部の水素含有量の変化が強度の向上と塑性の低下に及ぼす影響はそれほど大きくありません。.
1.2 酸素の影響
酸素はチタンのアルファ相とベータ相の両方で高度に溶解します。, 格子間固相を形成する可能性があります. チタンの結晶傷はひどく歪んでいる, これにより、チタンおよびチタン合金の硬度と強度が向上します。, 可塑性を大幅に低減しながら. 溶接継手の性能を確保するために, 溶接プロセス中の溶接シームと熱影響部の主な酸化を厳密に防止することに加えて、, 母材と溶接ワイヤの酸素含有量も制限する必要があります。.
1.3 窒素の影響
以上の高温では 700 ℃, 窒素とチタンは激しい反応を起こします, 脆くて硬い窒化チタンの形成 (錫). 窒素とチタンの間の格子間固溶体の形成によって引き起こされる格子歪みの程度は、酸素の量によって引き起こされる格子歪みよりも深刻です。. したがって, 窒素は、工業用純チタン溶接部の引張強度と硬度を向上させ、その可塑性を低下させるのに酸素よりも大きな影響を及ぼします。.
1.4 炭素の影響
炭素はチタンおよびチタン合金の一般的な不純物でもあります. 実験によると、炭素含有量が 0.13%, アルファチタンに深く存在するため, 溶接シームの強度限界がわずかに増加し、可塑性がわずかに減少します。, ただし、酸素や窒素の影響ほど強くはありません。. しかし, 溶接シームの炭素含有量がさらに増加すると, 溶接シームに TiC のネットワークが現れる, 炭素含有量が増加するとその量も増加します, 溶接シームの可塑性が急激に低下し、溶接応力下で亀裂が発生しやすくなります。. したがって, チタンおよびチタン合金基材の炭素含有量は以下を超えてはなりません 0.1%, 溶接部の炭素含有量は母材の炭素含有量を超えてはなりません
2? 溶接継手の亀裂問題
チタンおよびチタン合金を溶接する場合, 溶接継手に熱割れが発生する可能性は非常に低いです. これはSなどの不純物が含まれているためです。, P, チタンおよびチタン合金中の C は非常に低いです。, 粒界にSとPで形成される低融点共晶が現れにくい. 加えて, 有効結晶化温度範囲が狭い, チタンおよびチタン合金は凝固時の収縮が小さい, 溶接金属に高温割れが生じないようにします。.
チタンおよびチタン合金の溶接時, 熱影響部に低温亀裂が現れることがある, 溶接後数時間またはそれ以上の時間をかけて発生する遅延亀裂を特徴とします。. 研究により、このタイプの亀裂は溶接プロセス中の水爆の拡散に関連していることが示されています。. 溶接工程中, 水素は高温の深層プールから低温の熱影響部に拡散します。. 水素含有量の増加により、このゾーンで沈殿する TiH2 の量が増加します。, 熱影響部の脆性の増大. 加えて, 水素化物の沈殿中の体積膨張により、重大な組織応力が発生します, 水素原子はこのゾーンの高応力領域に向かって拡散および凝集します。, 亀裂の形成につながる. 遅延亀裂の発生を防ぐ主な方法は、溶接接合部における水素の発生源を減らすことです。. 請求時, 難燃処理も必要です.
3? 溶接シームの気孔の問題
気孔は、チタンおよびチタン合金の溶接中によく発生する問題です。. 毛穴ができる根本原因は水素の影響. 溶接金属内の気孔の形成は主に継手の疲労強度に影響します。.
細孔の形成を防ぐための主なプロセス対策には次のようなものがあります。:
3.1 ネオンガスの保護は純粋でなければなりません, 以上の純度を持つ 99.99%
3.2 溶接部や溶接ワイヤーの表面に付着した酸化スケールや油汚れなどの有機物を徹底的に除去します。.
3.3 溶融池に適切なガス保護を適用する, アルゴンガスの流量と速度を制御して乱流を防ぎ、保護効果に影響を与えます.
3.4 溶接プロセスパラメータを正しく選択し、気泡の流出を防ぐために深いプールの保持時間を長くすると、気孔率を効果的に低減できます。.
結論
チタンおよびチタン合金溶接におけるガス保護の問題は、溶接継手の品質に影響を与える主な要因です。.
チタンおよびチタン合金を溶接する場合, 可能な限り小さな熱入力を使用する必要があります.
TA2手動タングステン不活性ガス溶接を行う場合, 低温亀裂の発生を防ぐために、水素の供給源を厳密に管理する必要がある, 毛穴の形成を防ぐことに注意を払う必要があります.
溶接が溶接プロセスの要件に従って厳密に実行され、効果的なガス保護対策が講じられている限り, 高品質な溶接継手が得られます.