جوشکاری قطعات آلیاژ تیتانیوم: نکات کلیدی کنترل فرآیند

جوشکاری قطعات آلیاژ تیتانیوم بسیار کمتر از جوشکاری فولاد است، زیرا تیتانیوم در دمای بالا با اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن و کربن واکنش می دهد. تقریباً بالای 400 درجه، سطح از خود محافظت نمی‌کند، و حوضچه مذاب هرگونه گاز یا آلودگی را جذب می‌کند و باعث ایجاد تخلخل، شکنندگی و از دست دادن شکل‌پذیری می‌شود که هیچ عملیات پس از جوشکاری نمی‌تواند معکوس کند. بنابراین کنترل فرآیند مدتها قبل از اصابت قوس شروع می شود و پس از خاموش شدن آن ادامه می یابد.

آماده سازی و تمیز کردن قبل از جوش

روغن، گریس، گرد و غبار، رطوبت و سایر ناخالصی‌های روی سطح تیتانیوم وارد جوش می‌شوند و منافذ و اجزای غیرفلزی- را تشکیل می‌دهند، بنابراین تمیز کردن اولین نقطه کنترل است. قطعات کوچک برای مدتی در یک حلال مناسب مانند استون یا الکل خیس می شوند، سپس با یک پارچه پرز-آزاد پاک می شوند. حلال باید قبل از جوشکاری کاملاً خاموش شود، زیرا بخار به دام افتاده خود منبع تخلخل است.

مرحله دوم حذف لایه اکسیدی است. تیتانیوم به طور خود به خود یک لایه دی اکسید تیتانیوم متراکم را تشکیل می دهد که نقطه ذوب آن بسیار بالاتر از خود فلز است و اگر حذف نشود، جوش عدم همجوشی را نشان می دهد. حذف مکانیکی از کاغذ ساینده ریز، حدود 200 تا 400 گریت، یا یک برس سیمی فولادی ضد زنگ استفاده می کند، که فقط در یک جهت کار می کند تا از خراشیدگی و آلودگی سطح جلوگیری شود، و جوشکاری در سریع ترین زمان ممکن برای محدود کردن اکسیداسیون مجدد انجام می شود. حذف شیمیایی از ترشی هیدروفلوریک و اسید نیتریک مخلوط استفاده می کند که نیاز به کنترل دقیق زمان ترشی و غلظت محلول دارد زیرا اسید پس از از بین رفتن اکسید به فلز حمله می کند. برس‌های سیمی و ساینده‌هایی که قبلاً روی فولاد استفاده شده‌اند هرگز نباید تیتانیوم را لمس کنند، زیرا آهن جاسازی شده یکی از دلایل کلاسیک خوردگی بعدی است.

طراحی مفصل، فیت-بالا و بستن

مفاصل لب به لب رایج ترین پیکربندی هستند زیرا خواص مکانیکی بهتری با تمرکز تنش کمتر نسبت به مفاصل لاپ یا T{0}}می دهند. هنگامی که یک اتصال لب به لب طراحی می شود، دو قسمت باید ضخامت منطبق و شکاف ریشه مناسب داشته باشند، معمولاً 0.5 میلی متر تا 1.5 میلی متر، تا امکان رسوب فلز پرکننده و خروج گاز از ریشه را فراهم کند. دقت در{5}}تطبیق به همان اندازه مهم است: تماس باید محکم باشد و ناهماهنگی آن کوچک باشد، معمولاً از 10% ضخامت قطعه برای سازه‌های{{7} با دقت بالا تجاوز نمی‌کند. تناسب دقیق{9}} استرس و اعوجاج مهار را کاهش می‌دهد که به نوبه خود خطر ترک خوردن را کاهش می‌دهد. گیره های مورد استفاده برای مونتاژ نباید با تیتانیوم واکنش نشان دهند. گیره های آلیاژ مس و فولاد ضد زنگ انتخاب معمولی هستند و باید قبل از استفاده تمیز شوند.

روش جوشکاری و کنترل پارامتر

جوشکاری با گاز بی‌اثر تنگستن ابزار کار برای تیتانیوم است که کیفیت جوش بالا و پایدار را بر روی ورق نازک و ساختارهای دقیق ارائه می‌دهد. جوشکاری با گاز بی‌اثر فلزی سریع‌تر انجام می‌شود و برای صفحه متوسط ​​تا ضخیم مناسب است، در حالی که جوشکاری با پرتو الکترونی نسبت عمق-به-بالایی برای قطعاتی که به شکل دقیق و کنترل ابعادی نیاز دارند، با هزینه تجهیزات بالاتر ایجاد می‌کند. این روش بر اساس ضخامت، هندسه، کیفیت مورد نیاز و میزان تولید انتخاب می شود و سپس پارامترها ثابت و ثبت می شوند.

جریان با ضخامت و سرعت حرکت با جریان منطبق است: عبور سریع به سرعت خنک می شود و می تواند باعث عدم همجوشی شود، در حالی که عبور آهسته گرمای بیش از حد وارد کرده و ریزساختار جوش را درشت می کند. جریان گاز محافظ باید متوسط ​​باشد و مقدار واقعی به روش جوشکاری، شکل اتصال و اندازه قطعه بستگی دارد.

کنترل محیط و عملیات پستی{0}}جوشکاری

محل جوشکاری باید تمیز و خشک و عاری از گرد و غبار، براده ها و سایر آلودگی ها باشد و رطوبت محیط باید تا حد امکان پایین باشد. تیتانیوم در حین جوشکاری هیدروژن را جذب می کند و جو مرطوب باعث افزایش محتوای هیدروژن جوش می شود که منجر به شکنندگی هیدروژن می شود. رطوبت زدایی یک اقدام متقابل استاندارد است. باد گاز محافظ را پراکنده می کند و فلز داغ را بدون محافظت می گذارد، بنابراین از صفحه های جوشکاری، یک محفظه محصور یا پرده های مانع در اطراف محل کار برای محافظت از پوشش گاز استفاده می شود.

پس از جوشکاری، سرباره، پاشش و سایر باقیمانده ها به سرعت حذف می شوند. جوش های TIG معمولا صاف هستند اما ممکن است رنگ اکسیداسیون ملایمی را نشان دهند که با یک برس سیمی فولادی ضد زنگ پاک می شود، در حالی که جوش های MIG به دلیل پاشش معمولاً به تمیز کردن بیشتری نیاز دارند و سپس جوش های تمیز شده از نظر منافذ و ترک های سطحی بررسی می شوند. تنش پسماند با بازپخت خلاء یا بازپخت در یک اتمسفر محافظ در حدود 550 درجه تا 700 درجه، با زمان نگهداری بر اساس ضخامت و اندازه قطعه و به دنبال آن سرد شدن آهسته کاهش می یابد. روش‌های مکانیکی مانند سوراخ کردن یا کشش کنترل‌شده نیز می‌تواند استفاده شود، اما تغییر شکل باید محدود شود تا دقت ابعاد حفظ شود. در نهایت، سطح ممکن است توسط یک پوشش مقاوم در برابر خوردگی- یا با غیرفعال سازی شیمیایی که یک لایه غیرفعال متراکم را بازسازی می کند محافظت شود.

سوالات متداول

س: چرا باید قطعات آلیاژ تیتانیوم قبل از جوشکاری تمیز شوند؟
روغن، گریس، گرد و غبار و رطوبت در قوس تجزیه می شوند و به صورت منافذ و آخال وارد جوش می شوند، بنابراین محل اتصال با استون یا الکل تمیز می شود و قبل از ضربه زدن به قوس با یک پارچه پرز- پاک می شود.

س: چگونه فیلم اکسید از اتصال جوش تیتانیوم جدا می شود؟
با ابزارهای مکانیکی مانند کاغذ ساینده 200 تا 400 گریت یا برس سیمی تمیز از جنس استنلس استیل که در یک جهت کار می‌کنند، یا توسط ترشی هیدروفلوریک و اسید نیتریک با زمان و غلظت کاملاً کنترل شده.

س: چه شکاف ریشه و ناهماهنگی قابل قبول است؟
شکاف ریشه مفصل لب به لب معمولاً 0.5 میلی متر تا 1.5 میلی متر است تا رسوب پرکننده و خروج گاز را امکان پذیر کند و ناهماهنگی معمولاً کمتر از حدود 10٪ ضخامت قطعه نگه داشته می شود.

س: چه پارامترهای TIG برای ورق آلیاژ تیتانیوم 1-2 میلی متری استفاده می شود؟
جریان جوش معمولاً 80 A تا 120 A، ولتاژ قوس 10 ولت تا 15 ولت و سرعت حرکت 10 سانتی‌متر در دقیقه تا 15 سانتی‌متر در دقیقه است، با مقادیر تنظیم شده بر روی اتصال و فیکسچر واقعی.

س: چرا خلوص آرگون هنگام جوشکاری تیتانیوم بسیار مهم است؟
تیتانیوم در دمای بالا اکسیژن و نیتروژن را جذب می کند، بنابراین خلوص گاز محافظ باید 99.99 درصد یا بیشتر باشد، با جریان جلویی 10 لیتر در دقیقه تا 20 لیتر در دقیقه و جریان پشتی 5 لیتر در دقیقه تا 10 لیتر در دقیقه.

س: چگونه تنش پسماند پس از جوشکاری کاهش می یابد؟
با بازپخت خلاء یا بازپخت در یک اتمسفر محافظ در حدود 550 درجه تا 700 درجه با ضخامت-بر اساس نگه داشتن و سرد شدن آهسته، یا با بازپخت مکانیکی کنترل شده در جایی که محدودیت‌های تغییر شکل اجازه می‌دهد.