Tecnologia de soldadura y procesamiento de piezas de aleacion de titanio
Palabras clave: soldadura; alambre de soldadura; soldadura con arco de argón; procesamiento de piezas de aleación de titanio
Resumen: Se presentan las propiedades del material del titanio y las aleaciones de titanio y la soldabilidad de las piezas de aleación de titanio. Además, se realizaron pruebas de soldabilidad en defectos de oxidación, grietas y vacíos en la soldadura de titanio y aleaciones de titanio. Podemos continuar explorando las especificaciones del proceso de soldadura de titanio y aleaciones de titanio, así como los problemas en el análisis razonable del proceso de prueba, y resumir las características del proceso de soldadura y los métodos de operación de titanio y aleaciones de titanio.
1. Clasificación y características del titanio y aleaciones de titanio.
El titanio puro industrial doméstico tiene tres tipos: TA1, TA2 y TA3. La diferencia es que el contenido de impurezas que contienen hidrógeno y oxígeno es diferente. Estas impurezas mejoran el titanio puro industrial, pero la plasticidad se reduce significativamente. El titanio puro industrial, aunque no es fuerte, tiene excelente plasticidad y tenacidad, especialmente buena tenacidad al impacto a baja temperatura y buena resistencia a la corrosión. Por lo tanto, el material se utiliza principalmente en la industria química, la industria del petróleo, etc., y en realidad se utiliza para condiciones de trabajo por debajo de 350 ° C.
Las aleaciones de titanio se pueden clasificar en tres tipos según la estructura de temperatura ambiente del estado recocido de la aleación de titanio:
Aleación de titanio tipo niobio, aleación de titanio tipo (α + β) y aleación de titanio tipo β. Entre las aleaciones de titanio de tipo α, se utilizan ampliamente las aleaciones TA4, TA5 y TA6Ti-Al y las aleaciones TA7 y TA8Ti + Al + Sn. La aleación tiene una resistencia de 931 N / mm 2 a temperatura ambiente y es estable a altas temperaturas (menos de 500 ° C) y tiene buena capacidad de soldadura. En China, la cantidad de aleación de titanio de tipo β es pequeña, y su rango de uso debe ampliarse aún más.
2. Soldabilidad de titanio y aleaciones de titanio.
Las propiedades de soldadura del titanio y las aleaciones de titanio tienen muchas características notables. Estas características de la soldadura están determinadas por las propiedades fisicoquímicas del titanio y las aleaciones de titanio.
(1). Efecto de la contaminación por gases e impurezas en el rendimiento de la soldadura.
A temperaturas normales, el titanio y las aleaciones de titanio son relativamente estables. Sin embargo, en la prueba, durante el proceso de soldadura, las gotitas y el metal de la piscina absorbieron fuertemente el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno, y en estado sólido, estos gases reaccionaron con ellos. A medida que aumenta la temperatura, también aumenta la capacidad de las aleaciones de titanio y titanio para absorber hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. A aproximadamente 250 ° C, comienza a absorber hidrógeno, absorbe oxígeno de 400 ° C y comienza a absorber nitrógeno de 600 ° C. Cuando estos gases se absorben, provocarán directamente la fragilidad de la unión soldada, lo que es un factor extremadamente importante que afecta la calidad de la soldadura.
El hidrógeno es el factor más grave que afecta a las propiedades mecánicas del titanio en las impurezas gaseosas. El cambio en el contenido de hidrógeno en la soldadura tiene el mayor impacto en las propiedades de impacto de la soldadura. La razón principal es que a medida que aumenta la hidroelasticidad en la soldadura, aumenta la cantidad de copos o TiH2 en forma de aguja que precipita de la soldadura. La resistencia del TiH2 es muy baja, por lo que el efecto de la lámina o el HiH2, similar a una aguja, tiene muescas y las propiedades de impacto se reducen significativamente, el efecto de los cambios en el contenido de hidrógeno de la soldadura en la resistencia y la plasticidad no es significativo.
Efecto oxigeno
El oxígeno tiene un alto grado de fusión en la fase alfa y en la fase beta del titanio y puede formar una fase sólida de separación. Las heridas de cristal de titanio están muy distorsionadas, lo que aumenta la dureza y la resistencia del titanio y las aleaciones de titanio, lo que resulta en una disminución significativa de la plasticidad. Para garantizar el rendimiento de la unión soldada, además de evitar estrictamente la oxidación principal y la soldadura de la zona afectada por el calor de la soldadura durante el proceso de soldadura, se debe limitar el contenido de oxígeno en el metal base y el alambre.
Efecto del nitrogeno
El nitrógeno y el titanio tienen un efecto violento a altas temperaturas por encima de 700 ° C. La distorsión de la red producida por la formación de nitruro de titanio quebradizo (RIN) y la solución sólida intersticial entre nitrógeno y titanio es más grave que la distorsión de la red producida por la cantidad de oxígeno. Por lo tanto, el nitrógeno aumenta la resistencia a la tracción y la dureza de las soldaduras industriales de titanio puro y reduce la plasticidad de la soldadura más que el oxígeno.
Efecto carbono
El carbono es también una impureza común en el titanio y las aleaciones de titanio. Los experimentos muestran que cuando el contenido de carbono es 0.13%, el límite de resistencia de la soldadura aumenta y la plasticidad disminuye, pero el efecto del carbono no es tan fuerte como el del oxígeno y el nitrógeno. Sin embargo, cuando el contenido de carbono de la soldadura aumenta aún más, el TiC reticulado aparece en la soldadura y la cantidad aumenta a medida que aumenta el contenido de carbono. Por lo tanto, la plasticidad del cordón de soldadura se reduce drásticamente y es probable que se produzcan grietas bajo la tensión de la soldadura. Por lo tanto, el contenido de carbono del titanio y el sustrato de aleación de titanio no es superior al 0,1%, y el contenido de carbono de la soldadura no excede el contenido de carbono del sustrato.
Problema de rotura de la junta de soldadura
Al soldar titanio y aleaciones de titanio, la posibilidad de agrietamiento en caliente de la unión soldada es pequeña. Esto se debe a que el contenido de S, P, C y otras impurezas en el titanio y las aleaciones de titanio es muy pequeño, y el eutéctico de bajo punto de fusión formado por S y P no es probable que aparezca en los límites de grano. Además, el intervalo efectivo de temperatura de cristalización es estrecho, y la contracción de la solidificación del titanio y la aleación de titanio es pequeña, y el metal de soldadura no genera grietas térmicas. Cuando se sueldan titanio y aleaciones de titanio, pueden producirse grietas frías en la zona afectada por el calor, que se caracteriza por grietas que se producen como grietas retrasadas varias horas o más después de la soldadura. Los estudios han demostrado que las grietas están relacionadas con la difusión de hidrógeno durante la soldadura. Durante el proceso de soldadura, el hidrógeno se difunde desde la piscina profunda a alta temperatura a la zona afectada por el calor a baja temperatura. El aumento en el contenido de hidrógeno aumenta la cantidad de TiH 2 precipitado de la región y aumenta la fragilidad de la zona afectada por el calor. Además, la expansión de volumen del precipitado de hidruro da como resultado un mayor estrés tisular, y la difusión y acumulación de átomos de hidrógeno en las regiones de alto estrés en la región da lugar a la formación de grietas. El método principal para prevenir estas grietas retardadas es reducir la fuente de hidrógeno en la unión soldada.
3. Porosidad en la soldadura.
Los poros son un problema común cuando se sueldan titanio y aleaciones de titanio. La causa raíz de la formación de poros es el resultado de la influencia del hidrógeno. La formación de huecos en el metal de soldadura afecta principalmente a la resistencia a la fatiga de la junta. Las principales medidas técnicas para prevenir los estomas son las siguientes:
(1) La protección debe ser pura y la pureza no es inferior al 99,99%.
(2) Elimine completamente la materia orgánica, como el aceite escamoso, sobre la superficie de la soldadura y la superficie del alambre.
(3) Aplique una buena protección de gas a la piscina fundida, controle el flujo y el flujo de gas argón, evite las turbulencias y afecte el efecto de protección.
(4) Seleccione correctamente los parámetros de soldadura y aumente el tiempo de residencia de la piscina profunda, lo que favorece el escape de burbujas y reduce la porosidad de manera efectiva.
Resumen: Se presentan las propiedades del material del titanio y las aleaciones de titanio y la soldabilidad de las piezas de aleación de titanio. Además, se realizaron pruebas de soldabilidad en defectos de oxidación, grietas y vacíos en la soldadura de titanio y aleaciones de titanio. Podemos continuar explorando las especificaciones del proceso de soldadura de titanio y aleaciones de titanio, así como los problemas en el análisis razonable del proceso de prueba, y resumir las características del proceso de soldadura y los métodos de operación de titanio y aleaciones de titanio.
1. Clasificación y características del titanio y aleaciones de titanio.
El titanio puro industrial doméstico tiene tres tipos: TA1, TA2 y TA3. La diferencia es que el contenido de impurezas que contienen hidrógeno y oxígeno es diferente. Estas impurezas mejoran el titanio puro industrial, pero la plasticidad se reduce significativamente. El titanio puro industrial, aunque no es fuerte, tiene excelente plasticidad y tenacidad, especialmente buena tenacidad al impacto a baja temperatura y buena resistencia a la corrosión. Por lo tanto, el material se utiliza principalmente en la industria química, la industria del petróleo, etc., y en realidad se utiliza para condiciones de trabajo por debajo de 350 ° C.
Las aleaciones de titanio se pueden clasificar en tres tipos según la estructura de temperatura ambiente del estado recocido de la aleación de titanio:
Aleación de titanio tipo niobio, aleación de titanio tipo (α + β) y aleación de titanio tipo β. Entre las aleaciones de titanio de tipo α, se utilizan ampliamente las aleaciones TA4, TA5 y TA6Ti-Al y las aleaciones TA7 y TA8Ti + Al + Sn. La aleación tiene una resistencia de 931 N / mm 2 a temperatura ambiente y es estable a altas temperaturas (menos de 500 ° C) y tiene buena capacidad de soldadura. En China, la cantidad de aleación de titanio de tipo β es pequeña, y su rango de uso debe ampliarse aún más.
2. Soldabilidad de titanio y aleaciones de titanio.
Las propiedades de soldadura del titanio y las aleaciones de titanio tienen muchas características notables. Estas características de la soldadura están determinadas por las propiedades fisicoquímicas del titanio y las aleaciones de titanio.
(1). Efecto de la contaminación por gases e impurezas en el rendimiento de la soldadura.
A temperaturas normales, el titanio y las aleaciones de titanio son relativamente estables. Sin embargo, en la prueba, durante el proceso de soldadura, las gotitas y el metal de la piscina absorbieron fuertemente el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno, y en estado sólido, estos gases reaccionaron con ellos. A medida que aumenta la temperatura, también aumenta la capacidad de las aleaciones de titanio y titanio para absorber hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. A aproximadamente 250 ° C, comienza a absorber hidrógeno, absorbe oxígeno de 400 ° C y comienza a absorber nitrógeno de 600 ° C. Cuando estos gases se absorben, provocarán directamente la fragilidad de la unión soldada, lo que es un factor extremadamente importante que afecta la calidad de la soldadura.
El hidrógeno es el factor más grave que afecta a las propiedades mecánicas del titanio en las impurezas gaseosas. El cambio en el contenido de hidrógeno en la soldadura tiene el mayor impacto en las propiedades de impacto de la soldadura. La razón principal es que a medida que aumenta la hidroelasticidad en la soldadura, aumenta la cantidad de copos o TiH2 en forma de aguja que precipita de la soldadura. La resistencia del TiH2 es muy baja, por lo que el efecto de la lámina o el HiH2, similar a una aguja, tiene muescas y las propiedades de impacto se reducen significativamente, el efecto de los cambios en el contenido de hidrógeno de la soldadura en la resistencia y la plasticidad no es significativo.
Efecto oxigeno
El oxígeno tiene un alto grado de fusión en la fase alfa y en la fase beta del titanio y puede formar una fase sólida de separación. Las heridas de cristal de titanio están muy distorsionadas, lo que aumenta la dureza y la resistencia del titanio y las aleaciones de titanio, lo que resulta en una disminución significativa de la plasticidad. Para garantizar el rendimiento de la unión soldada, además de evitar estrictamente la oxidación principal y la soldadura de la zona afectada por el calor de la soldadura durante el proceso de soldadura, se debe limitar el contenido de oxígeno en el metal base y el alambre.
Efecto del nitrogeno
El nitrógeno y el titanio tienen un efecto violento a altas temperaturas por encima de 700 ° C. La distorsión de la red producida por la formación de nitruro de titanio quebradizo (RIN) y la solución sólida intersticial entre nitrógeno y titanio es más grave que la distorsión de la red producida por la cantidad de oxígeno. Por lo tanto, el nitrógeno aumenta la resistencia a la tracción y la dureza de las soldaduras industriales de titanio puro y reduce la plasticidad de la soldadura más que el oxígeno.
Efecto carbono
El carbono es también una impureza común en el titanio y las aleaciones de titanio. Los experimentos muestran que cuando el contenido de carbono es 0.13%, el límite de resistencia de la soldadura aumenta y la plasticidad disminuye, pero el efecto del carbono no es tan fuerte como el del oxígeno y el nitrógeno. Sin embargo, cuando el contenido de carbono de la soldadura aumenta aún más, el TiC reticulado aparece en la soldadura y la cantidad aumenta a medida que aumenta el contenido de carbono. Por lo tanto, la plasticidad del cordón de soldadura se reduce drásticamente y es probable que se produzcan grietas bajo la tensión de la soldadura. Por lo tanto, el contenido de carbono del titanio y el sustrato de aleación de titanio no es superior al 0,1%, y el contenido de carbono de la soldadura no excede el contenido de carbono del sustrato.
Problema de rotura de la junta de soldadura
Al soldar titanio y aleaciones de titanio, la posibilidad de agrietamiento en caliente de la unión soldada es pequeña. Esto se debe a que el contenido de S, P, C y otras impurezas en el titanio y las aleaciones de titanio es muy pequeño, y el eutéctico de bajo punto de fusión formado por S y P no es probable que aparezca en los límites de grano. Además, el intervalo efectivo de temperatura de cristalización es estrecho, y la contracción de la solidificación del titanio y la aleación de titanio es pequeña, y el metal de soldadura no genera grietas térmicas. Cuando se sueldan titanio y aleaciones de titanio, pueden producirse grietas frías en la zona afectada por el calor, que se caracteriza por grietas que se producen como grietas retrasadas varias horas o más después de la soldadura. Los estudios han demostrado que las grietas están relacionadas con la difusión de hidrógeno durante la soldadura. Durante el proceso de soldadura, el hidrógeno se difunde desde la piscina profunda a alta temperatura a la zona afectada por el calor a baja temperatura. El aumento en el contenido de hidrógeno aumenta la cantidad de TiH 2 precipitado de la región y aumenta la fragilidad de la zona afectada por el calor. Además, la expansión de volumen del precipitado de hidruro da como resultado un mayor estrés tisular, y la difusión y acumulación de átomos de hidrógeno en las regiones de alto estrés en la región da lugar a la formación de grietas. El método principal para prevenir estas grietas retardadas es reducir la fuente de hidrógeno en la unión soldada.
3. Porosidad en la soldadura.
Los poros son un problema común cuando se sueldan titanio y aleaciones de titanio. La causa raíz de la formación de poros es el resultado de la influencia del hidrógeno. La formación de huecos en el metal de soldadura afecta principalmente a la resistencia a la fatiga de la junta. Las principales medidas técnicas para prevenir los estomas son las siguientes:
(1) La protección debe ser pura y la pureza no es inferior al 99,99%.
(2) Elimine completamente la materia orgánica, como el aceite escamoso, sobre la superficie de la soldadura y la superficie del alambre.
(3) Aplique una buena protección de gas a la piscina fundida, controle el flujo y el flujo de gas argón, evite las turbulencias y afecte el efecto de protección.
(4) Seleccione correctamente los parámetros de soldadura y aumente el tiempo de residencia de la piscina profunda, lo que favorece el escape de burbujas y reduce la porosidad de manera efectiva.
