جوش تیتانیوم: محافظ، پارامترها و کنترل رنگ جوش

چرا جوش تیتانیوم نیاز به کنترل ویژه دارد؟

تیتانیوم در دمای بالا از نظر شیمیایی بسیار فعال است. در دمای اتاق توسط یک فیلم اکسید غیرفعال پایدار محافظت می‌شود، اما هنگامی که فلز در دمای تقریباً 400 درجه گرم شد، شروع به جذب اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن و کربن از اتمسفر با سرعتی که به شدت با دما افزایش می‌یابد، می‌کند. در حوضچه مذاب، میل ترکیبی به اندازه ای قوی است که فلز تیتانیوم محافظت نشده در عرض چند ثانیه اکسید و نیترید می شود.

این رفتار به همین دلیل است که جوشکاری تیتانیوم توسط کنترل اتمسفر به جای تکنیک قوس به تنهایی کنترل می شود. تیتانیوم همچنین دارای رسانایی حرارتی پایینی است، بنابراین گرمای قوس در نزدیکی جوش متمرکز می‌شود و ضریب انبساط حرارتی نسبتاً پایینی دارد که اعوجاج را محدود می‌کند و به تولید اتصالات تمیز و سالم در زمانی که محافظ کافی است کمک می‌کند.

چگونه عناصر بینابینی خواص جوش را تغییر می دهند

از آنجایی که اکسیژن و نیتروژن سختی را افزایش می دهند در حالی که چقرمگی را از بین می برند، ظاهر جوش یک شاخص عملی فرآیند است: تغییر رنگ از نقره ای به طلایی به آبی تا خاکستری میزان آلودگی جذب شده را دنبال می کند. بیشتر گریدهای تیتانیوم کربن را به حداکثر 0.10% محدود می‌کنند و درجه‌های خلوص تجاری معمول را تا حداکثر 0.08% نگه می‌دارند، بنابراین قطعه کار و سیم پرکننده باید قبل از جوشکاری فاقد روغن و ترکیب علامت‌گذاری باشند.

گاز محافظ و محافظ دنباله دار

محافظ مشعل به تنهایی برای تیتانیوم کافی نیست. حوضچه جوش توسط گاز مشعل محافظت می شود، اما مهره جامد شده و گرمای مجاور{1}}منطقه تحت تاثیر قرار گرفته تا چند ثانیه پس از گذشتن قوس بالای آستانه آلودگی باقی می مانند. آنها باید در زیر گاز بی اثر بمانند تا زمانی که سرد شوند.

از آرگون با خلوص 99.99% یا بهتر به عنوان گاز مشعل، گاز عقب و گاز پشتی یا تصفیه استفاده کنید.

یک سپر پشتی که مشعل را دنبال می کند و مهره و ناحیه تحت تأثیر گرما{0}}در هر دو طرف را می پوشاند، نصب کنید.

داخل اتصالات لوله و رگ را تمیز کنید تا اکسیژن باقیمانده در محدوده پایین در هر میلیون باشد.

نقطه شبنم و سرعت جریان در خروجی را بررسی کنید و از تلاطم هایی که هوا را به داخل سپر می کشد اجتناب کنید.

هرگز اجازه ندهید قوس با الکترود هنوز داغ و در معرض شکسته شود. post{0}}جریان باید پس از خاموش شدن قوس ادامه یابد.

آماده سازی و تمیز کردن اتصال قبل از جوشکاری

تمیزی اختیاری نیست. مقیاس اکسید، سیال برش، اثر انگشت، جوهر نشانگر و لایه ماشینکاری همگی کربن، هیدروژن یا اکسیژن را به جوش وارد می کنند.

اریب های جوش را به جای سنگ زنی با ماشین کاری آماده کنید تا هیچ ذرات ساینده یا آلودگی جاسازی شده در سطح اتصال باقی نماند.

با یک حلال مناسب چربی زدایی کنید، سپس لایه اکسید را با برس سیم فولادی ضد زنگ یا تمیز کردن اسید پاک کنید و خشک کنید.

اتصالات آماده شده را فقط با دستکش تمیز رسیدگی کنید. از همان ابزارهایی که در فولاد کربنی استفاده شده است استفاده نکنید.

سیم پرکننده را بلافاصله قبل از استفاده در بسته بندی اصلی خود نگه دارید و قبل از تغذیه آن را پاک کنید.

فلز پرکننده از طبقه بندی AWS A5.16 انتخاب شده است، به عنوان مثال ERTi-2 برای فلز پایه درجه 2 یا ERTi-5 برای Ti-6Al-4V، و باید با درجه فلز پایه و با استحکام و شکل پذیری مورد نیاز اتصال مطابقت داشته باشد.

پارامترهای جوشکاری و تمرین قوس

تیتانیوم معمولاً با جوشکاری قوس تنگستن گاز با الکترود جریان مستقیم منفی یا با قوس پلاسما، پرتو الکترونی یا فرآیندهای لیزر برای کار تولید جوش داده می‌شود. قوانین اساسی در همه آنها سازگار است: حرارت ورودی کم، بدون بافتن، عدم تغییر بیش از حد سرعت سفر، و محافظ مداوم.

برخورد قوس، پاشش و تغییرات ناگهانی در سرعت سفر، همگی باعث آلودگی موضعی یا انجماد ناهموار می شوند. در جایی که یک اتصال باید تغییر مکان دهد، جوش نیمه تکمیل شده همچنان باید محافظت شود تا زمانی که زیر آستانه اکسیداسیون خنک شود.

ارسال-عملیات حرارتی جوش و پذیرش رنگ جوش

هر زمان که طراحی اجازه دهد، باید از عملیات حرارتی{0} پس از جوش اجتناب شود، زیرا هر چرخه حرارتی خطر آلودگی بیشتر و رشد دانه را افزایش می دهد. در صورت نیاز به کاهش تنش، دما معمولاً کمتر از حدود 650 درجه نگه داشته می شود و جو کوره باید خلاء یا گاز بی اثر با خلوص بالا باشد. قطعه کار باید قبل از ورود به کوره تمیز باشد، زیرا روغن باقیمانده تجزیه شده و کربن را رسوب می دهد.

رنگ جوش معیار پذیرش خط اول استاندارد در تولیدات تیتانیوم است. این دنباله از نقره‌ای-به معنی بدون اکسیداسیون، از طریق نی روشن، سپس نی عمیق و آبی، به خاکستری یا سفید، به معنای اکسیداسیون سنگین است. جوش های نقره و کاه سبک نشان دهنده ی محافظ قابل قبول است. کاه عمیق ممکن است برای وظایف غیر مهم- تحمل شود. سطوح آبی و خاکستری نشان دهنده یک جوش آلوده، سخت و شکننده است و این گونه اتصالات معمولاً به جای پذیرش، برداشته شده و دوباره-جوش داده می شوند.

بررسی‌های پشتیبان شامل عبور سختی در ناحیه تحت تأثیر جوش و گرما{0}}، آزمایش خمش، معاینه رادیوگرافی یا نافذ اتصال نهایی، و برای تجهیزات تحت فشار، آزمایش فشار مورد نیاز طبق کد ساخت و ساز قابل اجرا است.

سوالات متداول

س: چرا رنگ جوش تیتانیوم اینقدر اهمیت دارد؟
رنگ منعکس کننده اکسیداسیون است: نقره ای به معنای محافظ صحیح، طلایی یا کاهی اکسیداسیون جزئی را نشان می دهد و آبی یا خاکستری نشان دهنده آلودگی شدید با کاهش انعطاف پذیری و چقرمگی است.

س: چه خلوصی از گاز محافظ برای جوشکاری تیتانیوم مورد نیاز است؟
آرگون با خلوص 99.99% یا بهتر برای گاز مشعل، دنباله دار و پشتی استفاده می شود، در حالی که داخل مفصل تا سطح اکسیژن باقیمانده بسیار کم پاک می شود.

س: آیا میله های جوش تیتانیوم باید آسیاب شوند یا ماشین کاری شوند؟
اریب ها ماشین کاری می شوند، نه آسیاب، به طوری که ذرات ساینده و آلودگی های جاسازی شده به داخل اتصال منتقل نمی شوند.

س: آیا عملیات حرارتی پس-جوش روی تیتانیوم لازم است؟
در جایی که برنامه اجازه می دهد از آن اجتناب شود. هنگامی که کاهش تنش مشخص می شود، دما معمولاً در خلاء یا اتمسفر بی اثر کمتر از حدود 650 درجه نگه داشته می شود.

س: کدام فلز پرکننده برای Ti-6Al-4V استفاده می شود؟
پرکننده ERTi-5 در طبقه بندی AWS A5.16 با فلز پایه Ti-6Al-4V مطابقت دارد، در حالی که اتصالات درجه 2 بدون آلیاژ معمولاً از ERTi-2 استفاده می کنند.

س: اگر تیتانیوم در حین جوشکاری هیدروژن را جذب کند چه اتفاقی می افتد؟
چقرمگی ضربه به شدت کاهش می یابد و تشکیل هیدرید باعث شکنندگی اتصال می شود، به همین دلیل است که محدودیت های هیدروژن و چربی زدایی کامل هر دو قبل از جوشکاری اعمال می شوند.