Заваряване на части от титанова сплав: ключови контролни точки на процеса

Заваряването на части от титанови сплави е много по-малко прощаващо от заваряването на стомана, тъй като титанът реагира с кислород, азот, водород и въглерод при повишена температура. Над приблизително 400 градуса повърхността спира да бъде само-защита и разтопената вана ще абсорбира всеки газ или замърсяване, които среща, създавайки порьозност, крехкост и загуба на пластичност, които никаква-операция след заваряване не може да обърне. Следователно контролът на процеса започва много преди запалването на дъгата и продължава след нейното изгасване.

Подготовка и почистване преди-за заваряване

Масло, грес, прах, влага и други примеси по титановата повърхност навлизат в заваръчния шев и образуват пори и не-метални включвания, така че почистването е първата контролна точка. Малките части се накисват в подходящ разтворител като ацетон или алкохол за известно време, след което се избърсват с кърпа без власинки; разтворителят трябва да се остави да изчезне напълно преди заваряване, тъй като уловената пара сама по себе си е източник на порьозност.

Втората стъпка е отстраняването на оксидния филм. Титанът спонтанно образува плътен слой от титанов диоксид, чиято точка на топене е доста над тази на самия метал и ако не бъде отстранен, заваръчният шев ще покаже липса на топене. Механичното отстраняване използва фина абразивна хартия, около 200 до 400 песъчинки, или телена четка от неръждаема стомана, работеща само в една посока, за да се избегне надраскване и замърсяване на повърхността, и заваряването следва възможно най-бързо, за да се ограничи повторното -окисление. Химическото отстраняване използва смесена флуороводородна и азотна киселина, което изисква строг контрол на времето за ецване и концентрацията на разтвора, тъй като киселината атакува метала, след като оксидът изчезне. Телени четки и абразиви, които преди са били използвани върху стомана, никога не трябва да докосват титан, тъй като вграденото желязо е класическа причина за по-късна корозия.

Дизайн на ставите, монтаж-нагоре и затягане

Челните съединения са най-разпространената конфигурация, тъй като дават по-добри механични свойства с по-ниска концентрация на напрежение, отколкото припокриващите или T-фугите. Когато се проектира челно съединение, двете части трябва да имат съвпадаща дебелина и подходяща междина на корена, обикновено от 0,5 mm до 1,5 mm, за да се позволи отлагане на пълнеж и изтичане на газ от корена. Точността на-напасването е еднакво важна: контактът трябва да е плътен и несъосността да е малка, обикновено не надвишаваща около 10% от дебелината на частта за високо-прецизни структури. Точното напасване-намалява напрежението на задържане и изкривяването, което от своя страна намалява риска от напукване. Скобите, използвани за сглобяване, не трябва да реагират с титан; скобите от медна сплав и неръждаема стомана са обичайният избор и трябва да се почистват преди употреба.

Метод на заваряване и контрол на параметрите

Заваряването с волфрамов инертен газ е работен кон за титан, предлагащ високо и стабилно качество на заваряване на тънък лист и прецизни структури. Заваряването с инертен газ на метал протича по-бързо и е подходящо за средна до дебела плоча, докато заваряването с електронен лъч осигурява високо съотношение на дълбочина-към-широчина за части, които се нуждаят от стегнат контрол на формата и размерите, при по-висока цена на оборудването. Методът се избира според дебелината, геометрията, изискванията за качество и скоростта на производство, след което параметрите се фиксират и записват.

Токът е съобразен с дебелината и скоростта на движение е съобразена с тока: бързото преминаване се охлажда бързо и може да остави липса на топене, докато бавното преминаване влага прекомерна топлина и загрубява микроструктурата на заваръчния шев. Потокът на защитен газ трябва да бъде умерен, а действителната стойност зависи от метода на заваряване, формата на съединението и размера на детайла.

Контрол на околната среда и обработка след-заваряване

Зоната за заваряване трябва да се поддържа чиста и суха и без прах, стружки и други замърсявания, а влажността на околната среда трябва да се поддържа възможно най-ниска. Титанът поема водород по време на заваряване, а влажната атмосфера повишава съдържанието на водород в заваръчния шев, което води до водородна крехкост; обезвлажняването е стандартната мярка за противодействие. Вятърът разпръсква защитния газ и оставя горещия метал незащитен, така че за защита на газовата обвивка се използват заваръчни екрани, затворен отсек или бариерни завеси около работната зона.

След заваряване шлаката, пръските и други остатъци се отстраняват своевременно. TIG заварките обикновено са гладки, но може да показват лек окислителен оттенък, който се отстранява с телена четка от неръждаема стомана, докато MIG заварките обикновено се нуждаят от повече почистване поради пръски, а почистените заварки след това се проверяват за повърхностни пори и пукнатини. Остатъчното напрежение се облекчава чрез вакуумно отгряване или отгряване в защитна атмосфера при около 550 градуса до 700 градуса, като времето на задържане се основава на дебелината и размера на детайла, последвано от бавно охлаждане; механични методи като пробиване или контролирано разтягане също могат да се използват, но деформацията трябва да бъде ограничена, така че да се запази точността на размерите. И накрая, повърхността може да бъде защитена с устойчиво-на корозия покритие или чрез химическо пасивиране, което възстановява плътен пасивен филм.

Често задавани въпроси

Въпрос: Защо частите от титанова сплав трябва да се почистват преди заваряване?
Маслото, греста, прахът и влагата се разлагат в дъгата и навлизат в заваръчния шев като пори и включвания, така че съединението се почиства с ацетон или алкохол и се избърсва с кърпа без власинки, преди да се запали дъгата.

Въпрос: Как се отстранява оксидният филм от титанова заваръчна фуга?
Чрез механични средства като абразивна хартия с 200 до 400 песъчинки или чиста телена четка от неръждаема стомана, работеща в една посока, или чрез туршия с флуороводородна и азотна киселина със строго контролирано време и концентрация.

Въпрос: Каква разлика в корена и неправилно подравняване са приемливи?
Междината на корена на челната фуга обикновено е от 0,5 mm до 1,5 mm, за да позволи отлагане на пълнител и изтичане на газ, а несъответствието обикновено се поддържа под около 10% от дебелината на детайла.

В: Какви параметри на TIG се използват за лист от титаниева сплав с дебелина 1–2 mm?
Заваръчният ток обикновено е от 80 A до 120 A, напрежението на дъгата от 10 V до 15 V и скоростта на движение от 10 cm/min до 15 cm/min, като стойностите се коригират към действителното съединение и приспособление.

Въпрос: Защо чистотата на аргона е толкова важна при заваряване на титан?
Титанът абсорбира кислород и азот при висока температура, така че чистотата на защитния газ трябва да бъде 99,99% или по-висока, с преден поток от 10 L/min до 20 L/min и обратен поток от 5 L/min до 10 L/min.

Въпрос: Как се облекчава остатъчното напрежение след заваряване?
Чрез вакуумно отгряване или отгряване в защитна атмосфера при около 550 градуса до 700 градуса със задържане на базата на дебелина-и бавно охлаждане, или чрез контролирано механично уплътняване, където границите на деформация позволяват.