Soldagem e seleção de fios de titânio e ligas de titânio

As características do material e a soldabilidade do titânio e das ligas de titânio foram estudadas, e testes de soldabilidade foram realizados para resolver os defeitos de soldagem de oxidação, rachaduras, e porosidade que são propensas a ocorrer durante a soldagem de titânio e ligas de titânio. Através da exploração contínua de especificações de processos de soldagem para titânio e ligas de titânio, bem como uma análise razoável dos problemas que surgem durante o processo de teste, resumir as características e fundamentos operacionais dos processos de soldagem para titânio e ligas de titânio.
Classificação e características do titânio e titânio
Existem três tipos de titânio puro industrial: TA1, TA2, e TA3, que diferem no conteúdo de hidrogênio, oxigênio, e impurezas de nitrogênio. Estas impurezas fortalecem o titânio puro industrial, mas reduz significativamente sua plasticidade. Embora o titânio puro industrial tenha baixa resistência, tem excelente plasticidade e resistência, especialmente com boa resistência ao impacto em baixas temperaturas; Possuindo simultaneamente excelente resistência à corrosão. Então, este material é usado principalmente na indústria química, indústria petrolífera, etc., e na verdade é usado principalmente em condições de trabalho abaixo 350 ℃.
De acordo com a microestrutura à temperatura ambiente de ligas de titânio recozidas, eles podem ser divididos em três tipos:
Liga de titânio tipo alfa, (alfa+beta) tipo liga de titânio, e liga de titânio tipo beta.
Entre os alfa – tipo ligas de titânio, as ligas da série Ti AI de TA4, TA5, e TA6 e as ligas Ti+AI+Sn dos tipos TA7 e TA8 são comumente usadas. À temperatura ambiente, a resistência desta liga pode chegar a 931N/mm2, e seu desempenho é estável em altas temperaturas (abaixo 500 ℃) com boa soldabilidade.
A aplicação de β – tipo de liga de titânio na China é relativamente pequeno, e seu escopo de uso precisa ser ainda mais ampliado.
Soldabilidade de titânio e ligas de titânio
O desempenho de soldagem de titânio e ligas de titânio tem muitas características significativas, que são determinados pelas propriedades físicas e químicas do titânio e das ligas de titânio.
A influência da poluição por gases e impurezas no desempenho da soldagem
À temperatura ambiente, titânio e ligas de titânio são relativamente estáveis. No entanto, durante o processo de soldagem, gotículas líquidas e metal fundido têm um forte efeito de absorção de hidrogênio, oxigênio, e nitrogênio, e no estado sólido, esses gases já interagiram com eles. À medida que a temperatura aumenta, a capacidade do titânio e das ligas de titânio de absorver hidrogênio, oxigênio, e o nitrogênio também aumenta significativamente. Eles começam a absorver hidrogênio por volta 250 ℃, oxigênio em 400 ℃, e nitrogênio em 600 ℃. Depois que esses gases são absorvidos, eles causarão diretamente a fragilização da junta soldada, que é um fator extremamente importante que afeta a qualidade da soldagem.
1.1 Efeitos do Hidrogênio
O hidrogênio é o fator mais significativo que afeta as propriedades mecânicas do titânio entre as impurezas do gás.
A mudança no teor de hidrogênio na costura de solda tem o impacto mais significativo no desempenho de impacto da costura de solda. A principal razão é que à medida que o teor de hidrogênio na solda aumenta, a quantidade de flocos ou agulhas como TiH2 precipitados na costura de solda aumenta. A força do TiH2 é muito baixa, então o efeito do HiH2 em forma de folha ou agulha é principalmente devido aos entalhes, resultando em uma diminuição significativa no desempenho do impacto; O efeito das alterações no teor de hidrogénio nas soldaduras na melhoria da resistência e na redução da plasticidade não é muito significativo.
1.2 Efeitos do oxigênio
O oxigênio tem um alto grau de fusão nas fases alfa e beta do titânio, e pode formar fases sólidas intersticiais. As feridas cristalinas do titânio estão severamente distorcidas, aumentando assim a dureza e a resistência do titânio e das ligas de titânio, enquanto reduz significativamente a plasticidade. A fim de garantir o desempenho da junta de soldagem, além de evitar estritamente a oxidação principal da costura de solda e da zona afetada pelo calor durante o processo de soldagem, o teor de oxigênio no metal base e no fio de soldagem também deve ser limitado.
1.3 Efeitos do nitrogênio
Em altas temperaturas acima 700 ℃, nitrogênio e titânio sofrem reações intensas, formando nitreto de titânio frágil e duro (Estanho). O grau de distorção da rede causado pela formação de solução sólida intersticial entre o nitrogênio e o titânio é mais severo do que aquele causado pela quantidade de oxigênio.. Portanto, o nitrogênio tem um efeito mais significativo na melhoria da resistência à tração e na dureza das soldas industriais de titânio puro e na redução de sua plasticidade do que o oxigênio.
1.4 Impacto do Carbono
O carbono também é uma impureza comum em titânio e ligas de titânio. Experimentos mostraram que quando o teor de carbono é 0.13%, devido à sua presença profunda em alfa titânio, the strength limit of the weld seam is slightly increased and the plasticity is slightly reduced, but not as strong as the effect of oxygen and nitrogen. No entanto, when the carbon content of the weld seam is further increased, a network of TiC appears in the weld seam, and its quantity increases with the increase of carbon content, causing a sharp decrease in the plasticity of the weld seam and making it prone to cracking under welding stress. Portanto, the carbon content of titanium and titanium alloy base materials shall not exceed 0.1%, and the carbon content of welds shall not exceed that of the base material
2? Welding joint crack problem
When welding titanium and titanium alloys, the possibility of hot cracking in the welded joint is very small. This is because the impurities such as S, P, e C em titânio e ligas de titânio são muito baixos, e o eutético de baixo ponto de fusão formado por S e P não é fácil de aparecer nos limites dos grãos. Além disso, a faixa efetiva de temperatura de cristalização é estreita, e o encolhimento durante a solidificação de titânio e ligas de titânio é pequeno, então o metal de solda não produzirá trincas a quente.
Durante a soldagem de titânio e ligas de titânio, rachaduras frias podem aparecer na zona afetada pelo calor, caracterizada por trincas retardadas que ocorrem várias horas ou até mais após a soldagem. Pesquisas mostram que esse tipo de trinca está relacionado à difusão de bombas de hidrogênio durante o processo de soldagem. Durante o processo de soldagem, o hidrogênio se difunde da piscina profunda de alta temperatura para a zona afetada pelo calor de temperatura mais baixa. The increase in hydrogen content leads to an increase in the amount of TiH2 precipitated in this zone, increasing the brittleness of the heat affected zone. Além disso, the volume expansion during hydride precipitation causes significant tissue stress, and hydrogen atoms diffuse and aggregate towards high stress areas in this zone, resulting in the formation of cracks. The main way to prevent the occurrence of delayed cracks is to reduce the source of hydrogen in the welding joint. When invoicing, it is also necessary to carry out flame suppression treatment.
3? Pore problem in weld seam
Pores are a common issue encountered during welding of titanium and titanium alloys. The fundamental reason for the formation of pores is due to the effect of hydrogen. A formação de porosidade no metal de solda afeta principalmente a resistência à fadiga da junta.
As principais medidas de processo para prevenir a formação de poros incluem:
3.1 A proteção do gás neon deve ser pura, com uma pureza não inferior a 99.99%
3.2 Remova completamente a matéria orgânica, como incrustações de óxido e manchas de óleo, da superfície das peças soldadas e dos fios de soldagem..
3.3 Aplique boa proteção contra gases na poça de fusão, controlar a taxa de fluxo e a velocidade do gás argônio para evitar fluxo turbulento e afetar o efeito de proteção.
3.4 Selecionar corretamente os parâmetros do processo de soldagem e aumentar o tempo de retenção de poças profundas para evitar o escape de bolhas pode efetivamente reduzir a porosidade.
Conclusão
A questão da proteção de gás na soldagem de titânio e ligas de titânio é o principal fator que afeta a qualidade das juntas soldadas..
When welding titanium and titanium alloys, pequena entrada de calor deve ser usada tanto quanto possível.
Ao realizar soldagem manual com gás inerte de tungstênio TA2, a fonte de hidrogênio deve ser rigorosamente controlada para evitar a ocorrência de rachaduras a frio, e atenção deve ser dada para evitar a formação de poros.
Contanto que a soldagem seja estritamente realizada de acordo com os requisitos do processo de soldagem e sejam tomadas medidas eficazes de proteção contra gases, juntas de soldagem de alta qualidade podem ser obtidas.