Titan legierung Teile Verarbeitung und Schweisstechnik
Schlüsselwörter: Schweißen, Schweißdraht, Argon-Lichtbogenschweißen, Bearbeitung von Teilen aus Titanlegierungen
Kurzfassung: Die Werkstoffeigenschaften von Titan und Titanlegierungen sowie die Schweißbarkeit von Teilen aus Titanlegierungen werden vorgestellt. Zusätzlich wurden Schweißbarkeitstests bezüglich Oxidations-, Riss- und Hohlraumdefekten beim Schweißen von Titan und Titanlegierungen durchgeführt. Wir können weiterhin die Schweißprozessspezifikationen von Titan und Titanlegierungen sowie die Probleme bei der angemessenen Analyse des Testprozesses untersuchen und die Schweißprozesscharakteristika und Betriebsmethoden von Titan und Titanlegierungen zusammenfassen.
1. Klassifizierung und Eigenschaften von Titan und Titanlegierungen
Inländisches industrielles reines Titan hat drei Arten: TA1, TA2 und TA3. Der Unterschied besteht darin, dass der Gehalt an Verunreinigungen, die Wasserstoff und Sauerstoff enthalten, unterschiedlich ist. Diese Verunreinigungen verstärken industrielles Reintitan, aber die Plastizität ist signifikant verringert. Industrielles reines Titan hat, obwohl es nicht fest ist, eine ausgezeichnete Plastizität und Zähigkeit, insbesondere eine gute Schlagzähigkeit bei niedriger Temperatur und eine gute Korrosionsbeständigkeit. Daher wird das Material hauptsächlich in der chemischen Industrie, der Erdölindustrie usw. verwendet und wird tatsächlich für Arbeitsbedingungen unter 350 ° C verwendet. Titanlegierungen können gemäß der Raumtemperaturstruktur des getemperten Zustands der Titanlegierung in drei Typen eingeteilt werden:
Titanlegierung vom Niob-Typ, Titanlegierung vom (α + β) -Typ und Titanlegierung vom β-Typ. Unter den Titanlegierungen vom α-Typ sind TA4-, TA5- und TA6Ti-Al-Legierungen sowie TA7- und TA8Ti + Al + Sn-Legierungen weit verbreitet. Die Legierung hat eine Festigkeit von 931 N / mm 2 bei Raumtemperatur und ist bei hohen Temperaturen (unter 500 ° C) stabil und weist eine gute Lötbarkeit auf. In China ist die Menge an Titanlegierungen vom β-Typ gering, und der Anwendungsbereich muss weiter ausgebaut werden.
2. Lötbarkeit von Titan und Titanlegierungen
Die Schweißeigenschaften von Titan und Titanlegierungen weisen viele bemerkenswerte Merkmale auf. Diese Schweißeigenschaften werden durch die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Titan und Titanlegierungen bestimmt.
(1). Einfluss der Verschmutzung durch Gase und Verunreinigungen auf die Schweißleistung
Bei normalen Temperaturen sind Titan und Titanlegierungen relativ stabil. Während des Lötprozesses absorbierten die Tröpfchen und das Poolmetall im Test jedoch stark Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff, und im festen Zustand reagierten diese Gase mit ihnen. Mit steigender Temperatur nimmt auch die Fähigkeit von Titan und Titanlegierungen zu, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff zu absorbieren. Bei etwa 250 ° C beginnt es, Wasserstoff zu absorbieren, bei 400 ° C Sauerstoff zu absorbieren und bei 600 ° C Stickstoff zu absorbieren. Wenn diese Gase absorbiert werden, führen sie direkt zur Versprödung der Schweißverbindung, was ein äußerst wichtiger Faktor ist, der die Qualität der Schweißnaht beeinflusst.
Wasserstoff ist der schwerwiegendste Faktor, der die mechanischen Eigenschaften von Titan in gasförmigen Verunreinigungen beeinflusst. Die Änderung des Wasserstoffgehalts in der Schweißnaht hat den größten Einfluss auf die Schlageigenschaften der Schweißnaht. Der Hauptgrund ist, dass mit zunehmender Hydroelastizität in der Schweißnaht die Menge an Flocken oder nadelartigem TiH 2, die aus der Schweißnaht ausgefällt werden, zunimmt. Die Festigkeit von TiH 2 ist sehr gering, so dass die Wirkung des Blattes oder der Nadel HiH 2 gekerbt wird und die Schlagleistung merklich verringert wird; Der Einfluss von Änderungen des Wasserstoffgehalts in der Schweißnaht auf Festigkeit und Plastizität ist nicht signifikant.
Sauerstoff wirkung
Sauerstoff hat einen hohen Schmelzgrad in der Alpha-Phase und der Beta-Phase von Titan und kann eine Spaltfestphase bilden. Titan-Kristallwunden werden stark verzogen, was die Härte und Festigkeit von Titan und Titanlegierungen erhöht, was zu einer signifikanten Abnahme der Plastizität führt. Um die Leistung der Schweißverbindung zu gewährleisten, sollte neben der strikten Verhinderung der Hauptoxidation und der Wärmeeinflusszonenschweißung der Schweißnaht während des Schweißprozesses der Sauerstoffgehalt im Grundmetall und im Draht begrenzt werden.
Wirkung von Stickstoff
Stickstoff und Titan wirken bei hohen Temperaturen über 700 ° C heftig. Die durch die Bildung von sprödem Titannitrid (RIN) und interstitieller fester Lösung zwischen Stickstoff und Titan verursachte Gitterverzerrung ist stärker als die durch die Sauerstoffmenge verursachte Gitterverzerrung. Daher erhöht Stickstoff die Zugfestigkeit und Härte von industriellen Reintitan-Schweißnähten und verringert die Schweißplastizität stärker als Sauerstoff.
Carbon-Effekt
Kohlenstoff ist auch eine häufige Verunreinigung in Titan und Titanlegierungen. Experimente zeigen, dass bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,13% die Grenze der Schweißnahtfestigkeit zunimmt und die Plastizität abnimmt, die Wirkung von Kohlenstoff jedoch nicht so stark ist wie die von Sauerstoff und Stickstoff. Wenn jedoch der Kohlenstoffgehalt der Schweißnaht weiter erhöht wird, erscheint das retikulierte TiC in der Schweißnaht und die Menge nimmt mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt zu. Daher wird die Plastizität der Schweißraupe drastisch verringert und es ist wahrscheinlich, dass unter der Schweißspannung Risse auftreten. Daher beträgt der Kohlenstoffgehalt des Substrats aus Titan und Titanlegierung nicht mehr als 0,1%, und der Kohlenstoffgehalt der Schweißnaht überschreitet nicht den Kohlenstoffgehalt des Substrats.
Problem mit Schweißnahtrissen
Beim Schweißen von Titan und Titanlegierungen ist die Möglichkeit von Heißrissen der Schweißverbindung gering. Dies liegt daran, dass der Gehalt an S, P, C und anderen Verunreinigungen in Titan und Titanlegierungen sehr gering ist und das durch S und P gebildete niedrigschmelzende Eutektikum wahrscheinlich nicht an den Korngrenzen auftritt. Zusätzlich ist das effektive Kristallisationstemperaturintervall eng und die Erstarrungsschrumpfung von Titan und Titanlegierung ist gering und das Schweißgut erzeugt keine thermischen Risse. Beim Schweißen von Titan und Titanlegierungen können in der Wärmeeinflusszone kalte Risse auftreten, die sich durch Risse auszeichnen, die erst einige Stunden nach dem Schweißen oder später auftreten. Studien haben gezeigt, dass Risse mit der Wasserstoffdiffusion beim Schweißen zusammenhängen. Während des Schweißprozesses diffundiert Wasserstoff aus dem Hochtemperatur-Tiefenbecken in die Niedertemperatur-Wärmeeinflusszone. Die Zunahme des Wasserstoffgehalts erhöht die Menge an TiH 2, das aus dem Bereich ausgefällt wird, und erhöht die Sprödigkeit der Wärmeeinflusszone. Darüber hinaus führt die Volumenexpansion des Hydridniederschlags zu einer größeren Gewebespannung und die Diffusion und Akkumulation von Wasserstoffatomen in die Bereiche mit hoher Spannung in dem Bereich führt zur Bildung von Rissen. Die Hauptmethode zur Verhinderung derartiger verzögerter Risse besteht darin, die Wasserstoffquelle in der Schweißverbindung zu reduzieren.
3. Porosität in der Schweißnaht
Poren sind ein häufiges Problem beim Schweißen von Titan und Titanlegierungen. Die Grundursache für die Porenbildung ist der Einfluss von Wasserstoff. Die Bildung von Hohlräumen im Schweißgut wirkt sich hauptsächlich auf die Dauerfestigkeit der Verbindung aus. Die wichtigsten technischen Maßnahmen zur Vorbeugung von Stomata sind:
(1) Der Schutz sollte rein sein und die Reinheit beträgt nicht weniger als 99,99%.
(2) Entfernen Sie organische Substanzen wie z. B. schuppiges Öl gründlich von der Oberfläche der Schweißnaht und der Oberfläche des Drahtes.
(3) Tragen Sie einen guten Gasschutz auf das geschmolzene Becken auf, kontrollieren Sie den Fluss und die Strömung des Argongases, verhindern Sie Turbulenzen und beeinträchtigen Sie die Schutzwirkung.
(4) Wählen Sie die Schweißparameter richtig aus und erhöhen Sie die Verweilzeit im tiefen Becken, was dem Entweichen von Blasen förderlich ist und die Porosität wirksam verringert.
Kurzfassung: Die Werkstoffeigenschaften von Titan und Titanlegierungen sowie die Schweißbarkeit von Teilen aus Titanlegierungen werden vorgestellt. Zusätzlich wurden Schweißbarkeitstests bezüglich Oxidations-, Riss- und Hohlraumdefekten beim Schweißen von Titan und Titanlegierungen durchgeführt. Wir können weiterhin die Schweißprozessspezifikationen von Titan und Titanlegierungen sowie die Probleme bei der angemessenen Analyse des Testprozesses untersuchen und die Schweißprozesscharakteristika und Betriebsmethoden von Titan und Titanlegierungen zusammenfassen.
1. Klassifizierung und Eigenschaften von Titan und Titanlegierungen
Inländisches industrielles reines Titan hat drei Arten: TA1, TA2 und TA3. Der Unterschied besteht darin, dass der Gehalt an Verunreinigungen, die Wasserstoff und Sauerstoff enthalten, unterschiedlich ist. Diese Verunreinigungen verstärken industrielles Reintitan, aber die Plastizität ist signifikant verringert. Industrielles reines Titan hat, obwohl es nicht fest ist, eine ausgezeichnete Plastizität und Zähigkeit, insbesondere eine gute Schlagzähigkeit bei niedriger Temperatur und eine gute Korrosionsbeständigkeit. Daher wird das Material hauptsächlich in der chemischen Industrie, der Erdölindustrie usw. verwendet und wird tatsächlich für Arbeitsbedingungen unter 350 ° C verwendet. Titanlegierungen können gemäß der Raumtemperaturstruktur des getemperten Zustands der Titanlegierung in drei Typen eingeteilt werden:
Titanlegierung vom Niob-Typ, Titanlegierung vom (α + β) -Typ und Titanlegierung vom β-Typ. Unter den Titanlegierungen vom α-Typ sind TA4-, TA5- und TA6Ti-Al-Legierungen sowie TA7- und TA8Ti + Al + Sn-Legierungen weit verbreitet. Die Legierung hat eine Festigkeit von 931 N / mm 2 bei Raumtemperatur und ist bei hohen Temperaturen (unter 500 ° C) stabil und weist eine gute Lötbarkeit auf. In China ist die Menge an Titanlegierungen vom β-Typ gering, und der Anwendungsbereich muss weiter ausgebaut werden.
2. Lötbarkeit von Titan und Titanlegierungen
Die Schweißeigenschaften von Titan und Titanlegierungen weisen viele bemerkenswerte Merkmale auf. Diese Schweißeigenschaften werden durch die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Titan und Titanlegierungen bestimmt.
(1). Einfluss der Verschmutzung durch Gase und Verunreinigungen auf die Schweißleistung
Bei normalen Temperaturen sind Titan und Titanlegierungen relativ stabil. Während des Lötprozesses absorbierten die Tröpfchen und das Poolmetall im Test jedoch stark Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff, und im festen Zustand reagierten diese Gase mit ihnen. Mit steigender Temperatur nimmt auch die Fähigkeit von Titan und Titanlegierungen zu, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff zu absorbieren. Bei etwa 250 ° C beginnt es, Wasserstoff zu absorbieren, bei 400 ° C Sauerstoff zu absorbieren und bei 600 ° C Stickstoff zu absorbieren. Wenn diese Gase absorbiert werden, führen sie direkt zur Versprödung der Schweißverbindung, was ein äußerst wichtiger Faktor ist, der die Qualität der Schweißnaht beeinflusst.
Wasserstoff ist der schwerwiegendste Faktor, der die mechanischen Eigenschaften von Titan in gasförmigen Verunreinigungen beeinflusst. Die Änderung des Wasserstoffgehalts in der Schweißnaht hat den größten Einfluss auf die Schlageigenschaften der Schweißnaht. Der Hauptgrund ist, dass mit zunehmender Hydroelastizität in der Schweißnaht die Menge an Flocken oder nadelartigem TiH 2, die aus der Schweißnaht ausgefällt werden, zunimmt. Die Festigkeit von TiH 2 ist sehr gering, so dass die Wirkung des Blattes oder der Nadel HiH 2 gekerbt wird und die Schlagleistung merklich verringert wird; Der Einfluss von Änderungen des Wasserstoffgehalts in der Schweißnaht auf Festigkeit und Plastizität ist nicht signifikant.
Sauerstoff wirkung
Sauerstoff hat einen hohen Schmelzgrad in der Alpha-Phase und der Beta-Phase von Titan und kann eine Spaltfestphase bilden. Titan-Kristallwunden werden stark verzogen, was die Härte und Festigkeit von Titan und Titanlegierungen erhöht, was zu einer signifikanten Abnahme der Plastizität führt. Um die Leistung der Schweißverbindung zu gewährleisten, sollte neben der strikten Verhinderung der Hauptoxidation und der Wärmeeinflusszonenschweißung der Schweißnaht während des Schweißprozesses der Sauerstoffgehalt im Grundmetall und im Draht begrenzt werden.
Wirkung von Stickstoff
Stickstoff und Titan wirken bei hohen Temperaturen über 700 ° C heftig. Die durch die Bildung von sprödem Titannitrid (RIN) und interstitieller fester Lösung zwischen Stickstoff und Titan verursachte Gitterverzerrung ist stärker als die durch die Sauerstoffmenge verursachte Gitterverzerrung. Daher erhöht Stickstoff die Zugfestigkeit und Härte von industriellen Reintitan-Schweißnähten und verringert die Schweißplastizität stärker als Sauerstoff.
Carbon-Effekt
Kohlenstoff ist auch eine häufige Verunreinigung in Titan und Titanlegierungen. Experimente zeigen, dass bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,13% die Grenze der Schweißnahtfestigkeit zunimmt und die Plastizität abnimmt, die Wirkung von Kohlenstoff jedoch nicht so stark ist wie die von Sauerstoff und Stickstoff. Wenn jedoch der Kohlenstoffgehalt der Schweißnaht weiter erhöht wird, erscheint das retikulierte TiC in der Schweißnaht und die Menge nimmt mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt zu. Daher wird die Plastizität der Schweißraupe drastisch verringert und es ist wahrscheinlich, dass unter der Schweißspannung Risse auftreten. Daher beträgt der Kohlenstoffgehalt des Substrats aus Titan und Titanlegierung nicht mehr als 0,1%, und der Kohlenstoffgehalt der Schweißnaht überschreitet nicht den Kohlenstoffgehalt des Substrats.
Problem mit Schweißnahtrissen
Beim Schweißen von Titan und Titanlegierungen ist die Möglichkeit von Heißrissen der Schweißverbindung gering. Dies liegt daran, dass der Gehalt an S, P, C und anderen Verunreinigungen in Titan und Titanlegierungen sehr gering ist und das durch S und P gebildete niedrigschmelzende Eutektikum wahrscheinlich nicht an den Korngrenzen auftritt. Zusätzlich ist das effektive Kristallisationstemperaturintervall eng und die Erstarrungsschrumpfung von Titan und Titanlegierung ist gering und das Schweißgut erzeugt keine thermischen Risse. Beim Schweißen von Titan und Titanlegierungen können in der Wärmeeinflusszone kalte Risse auftreten, die sich durch Risse auszeichnen, die erst einige Stunden nach dem Schweißen oder später auftreten. Studien haben gezeigt, dass Risse mit der Wasserstoffdiffusion beim Schweißen zusammenhängen. Während des Schweißprozesses diffundiert Wasserstoff aus dem Hochtemperatur-Tiefenbecken in die Niedertemperatur-Wärmeeinflusszone. Die Zunahme des Wasserstoffgehalts erhöht die Menge an TiH 2, das aus dem Bereich ausgefällt wird, und erhöht die Sprödigkeit der Wärmeeinflusszone. Darüber hinaus führt die Volumenexpansion des Hydridniederschlags zu einer größeren Gewebespannung und die Diffusion und Akkumulation von Wasserstoffatomen in die Bereiche mit hoher Spannung in dem Bereich führt zur Bildung von Rissen. Die Hauptmethode zur Verhinderung derartiger verzögerter Risse besteht darin, die Wasserstoffquelle in der Schweißverbindung zu reduzieren.
3. Porosität in der Schweißnaht
Poren sind ein häufiges Problem beim Schweißen von Titan und Titanlegierungen. Die Grundursache für die Porenbildung ist der Einfluss von Wasserstoff. Die Bildung von Hohlräumen im Schweißgut wirkt sich hauptsächlich auf die Dauerfestigkeit der Verbindung aus. Die wichtigsten technischen Maßnahmen zur Vorbeugung von Stomata sind:
(1) Der Schutz sollte rein sein und die Reinheit beträgt nicht weniger als 99,99%.
(2) Entfernen Sie organische Substanzen wie z. B. schuppiges Öl gründlich von der Oberfläche der Schweißnaht und der Oberfläche des Drahtes.
(3) Tragen Sie einen guten Gasschutz auf das geschmolzene Becken auf, kontrollieren Sie den Fluss und die Strömung des Argongases, verhindern Sie Turbulenzen und beeinträchtigen Sie die Schutzwirkung.
(4) Wählen Sie die Schweißparameter richtig aus und erhöhen Sie die Verweilzeit im tiefen Becken, was dem Entweichen von Blasen förderlich ist und die Porosität wirksam verringert.
