Hvad er grunden til, at titanlegering og aluminium er svære at svejse?
Titaniumlegering er et let, højstyrke, korrosionsbestandigt materiale. På grund af dets fremragende egenskaber er det meget udbredt i rumfart, medicinsk udstyr, kemisk industri og andre områder. Imidlertid er svejseydelsen af titanlegeringer relativt dårlig, hovedsagelig af følgende årsager:
Oxidlagsdannelse:Et fast oxidlag dannes let på overfladen af titanlegering. Dette oxidlag øger ikke kun vanskeligheden under svejseprocessen, men reducerer også svejsestyrken. Før svejsning kræves der sædvanligvis nogle specielle forbehandlingsmetoder, såsom bejdsning eller mekanisk polering, for at fjerne oxidlaget og derved forbedre svejseydelsen.
Lav varmeledningsevne:Den termiske ledningsevne af titanlegering er relativt lav, hvilket resulterer i en stor temperaturgradient nær svejsningen, hvilket let kan forårsage svejsedeformation og revner. For at reducere temperaturgradienten er det ofte nødvendigt at træffe foranstaltninger som forvarmning og styring af svejsehastigheden, hvilket øger kompleksiteten af svejseprocessen.
Brintfølsomhed:Titaniumlegering er følsom over for brint og absorberer let brint under svejseprocessen, hvilket resulterer i brintskørhed. Brintskørhed kan forårsage sprøde brud på svejsede samlinger, så nogle foranstaltninger skal tages, såsom at kontrollere brintindholdet i svejsemiljøet, for at reducere risikoen for brintskørhed.
Selektiv opløsning:Titaniumlegering er tilbøjelig til selektiv opløsning med nogle metalelementer ved høje temperaturer, hvilket danner en sprød fase, som påvirker ydeevnen af svejsede samlinger. Derfor skal der lægges særlig vægt på at undgå denne selektive opløsning ved valg af svejsematerialer og svejseprocesser.
Højt smeltepunkt:Det relativt høje smeltepunkt af titanlegeringer kræver høje temperaturer til svejseprocessen, hvilket øger energiforbruget og kravene til svejseudstyr.
For at løse disse problemer kræver svejsning af titanlegeringer sædvanligvis brugen af specialiserede svejseprocesser, herunder inert gas-skærmsvejsning, elektronstrålesvejsning, lasersvejsning og andre avancerede svejseteknologier. Derudover er valg af passende svejsematerialer, kontrol af svejseparametre og vedtagelse af forbehandlingsmetoder også vigtige midler til at forbedre svejsekvaliteten af titanlegeringer.
For at opsummere er årsagerne til, at titanlegering og aluminium er vanskelige at svejse, som følger:
1. Aluminium og titanium reagerer let med ilt
⑴ Aluminium reagerer med oxygen og danner en tæt og ildfast Al2O3 (oxidfilm) med et smeltepunkt så højt som 2050 grader, hvilket hindrer kombinationen af de to basismaterialer og gør svejsningen tilbøjelig til indeslutninger.
⑵Titanium begynder at oxidere ved 600 grader. Jo højere temperatur, jo mere alvorlig vil oxidationen være, der danner TiO2 (titaniumdioxid), danner et mellemliggende sprødt lag i svejsningen, hvilket reducerer plasticiteten og sejheden.
2. Aluminium og titanium reagerer forskelligt ved forskellige temperaturer
⑴. Ved 1460 grader danner aluminium og titanium en TiAl-forbindelse (titaniumaluminid) indeholdende 36,03% aluminiumsmassefraktion, hvilket øger metallets skørhed.
⑵ Aluminium og titanium danner en TiAl3-forbindelse (titaniumtrialuminid) indeholdende 60 % til 64 % aluminiummassefraktion ved 1340 grader.
⑶ Når aluminium og titanium er smeltet, når massefraktionen af titanium er 0,15 %, dannes en fast opløsning af titanium i aluminium.
3. Den gensidige opløselighed af aluminium og titanium er meget lille
⑴Ved 665 grader er opløseligheden af titanium i aluminium 0.26%~0.28%. Når temperaturen falder, falder opløseligheden.
⑵Når temperaturen falder til 20 grader, falder opløseligheden af titanium i aluminium til 0,07 %, hvilket gør det vanskeligt at kombinere de to basismaterialer.
Aluminiums opløselighed i titanium er mere begrænset, hvilket gør dannelsen af svejsninger mellem de to grundmaterialer meget vanskelig.
4. Aluminium og titanium har stærk vandabsorption ved høje temperaturer.
⑴ Flydende aluminium kan opløse en stor mængde brint, men det er næsten uopløseligt i fast tilstand. Når svejsningen størkner, når brinten ikke at undslippe og danne porer.
⑵Brint har en høj opløselighed i titanium. Ved lave temperaturer ophobes brint i porerne, hvilket reducerer svejsningens plasticitet og sejhed og forårsager let sprøde revner.
5. Aluminium danner skøre forbindelser med titanium og andre urenheder
⑴. Oxidet dannet af aluminium og oxygen øger metallets skørhed og gør svejsning vanskelig.
⑵Titan og nitrogen danner titaniumnitrid, hvilket reducerer metallets plasticitet.
⑶Titanium og kulstof danner carbider. Når massefraktionen af kulstof er større end 0,28 %, vil svejsbarheden af begge uædle metaller forringes betydeligt.
6. Aluminium og titanium reagerer forskelligt ved forskellige temperaturer
⑴ Den termiske ledningsevne af aluminium og titanium er meget forskellig. Aluminium (206,9 W·m-2·K-1) er cirka 16 gange større end titanium (13,8W·m-2·K-1).
⑵De lineære ekspansionskoefficienter for aluminium og titanium er meget forskellige, og aluminium er omkring 3 gange større end titanium. Tilbøjelig til at revne under tryk.
7. Legeringselementerne i aluminium og titanium brænder og fordamper
⑴Når aluminium eller aluminiumslegering smelter, begynder elementer med lavere smeltepunkter, såsom magnesium, zink osv., at brænde eller fordampe.
⑵ Når smeltepunktet for titanium eller titanlegering er nået (1677 grader), brænder og fordamper legeringselementer som aluminium mere, hvilket resulterer i ujævn kemisk sammensætning af svejsningen og reduceret styrke.
