Каковы факторы, влияющие на титановую сварку?

Сварка представляет собой ключевой процесс в производстве титанового оборудования, предлагая ряд методов, выбор которых зависит от структуры конструкции и конкретных условий применения титановых компонентов.

Руководящие принципы выбора методов сварки отдают приоритет обеспечению качества сварного соединения, повышенной эффективности производства, простоте эксплуатации и экономической эффективности. Из них первостепенное внимание уделяется обеспечению качества сварных швов. Только благодаря всестороннему пониманию всех факторов, влияющих на качество сварки, можно реализовать цель обеспечения качества сварных соединений.

1. Влияние примесей газа на свойства сварного металла

Титан, обладая повышенной химической реакционной способностью, демонстрирует выраженное сродство к кислороду и азоту в окружающем воздухе. При более низких температурах титан вступает в реакцию с кислородом, образуя плотную оксидную пленку. По мере повышения температуры оксидная пленка утолщается, и после 600 градусов по Цельсию титан начинает поглощать и растворять кислород. Влияние кислорода усиливается при повышенных температурах, что приводит к активному образованию оксидов титана. Поглощение водорода начинается при температуре выше 300 ° C, а поглощение азота начинается при температуре выше 700 ° C. Кислород оказывает большее воздействие по сравнению с азотом.

Водород в диапазоне массовой доли от 0,01% до 0,05% вКузнечная сварка титана, Вызывает резкое снижение ударной вязкости сварного металла с относительно небольшим снижением пластичности-явление, называемое водородной охрупчиванием. Водород также служит основной причиной пористости сварного шва.

Во время сварки плавлением расплавленный бассейн функционирует как миниатюрная металлургическая печь, подвергая расплавленный металл воздействию атмосферы. Без адекватных защитных мер для изоляции расплавленного металла из воздуха газы, такие как кислород, азот и водород, проникают в титан, образуя хрупкие оксиды или нитриды. Это уменьшает пластичность сварного металла, повышает прочность на разрыв и может привести к катастрофическим хрупким переломам, делая пластичность нулевой.

2. Влияние других примесей на свойства сварного металла

Помимо примесей газа, другие загрязняющие вещества могут попасть в расплавленный бассейн, происходящие из нечистой сварочной среды, контакта с грязными перчатками или присутствия масла, хлопковых волокон, ржавчины, влаги и органических соединений. Эти примеси подвергаются разложению при высокой температуре дуги, растворяясь в титан. Превышение предела растворимости приводит к образованию таких соединений, как диоксид титана, гидрид титана, нитрид титана и карбид титана. Эти соединения, включенные во время кристаллизации расплавленной ванны, вызывают искажение во внешних областях, изменяя механические свойстваТитановая проволокаИСварочные титановые трубы.

Хотя включение микроэлементов в небольших количествах может быть приемлемым или даже желательным, избыток примесных элементов, особенно органических примесей, строго запрещен. Такие примеси ухудшают механические свойства титановых сварных швов, уменьшая коррозионную стойкость и выступая в качестве источников пористости сварных швов, особенно в ветреных условиях.

3. Структурные изменения в металле сварки и зоне термического воздействия

Титан подвергается аллотропным превращениям, с твердотельным преобразованием, начинающимся при 886 ° C. Ниже этой температуры кристаллическая структура является гексагональной (α-титан), переходя к объемно-центрированной кубической (β-титан) выше 886 ° C. Эта быстрая трансформация, происходящая во время перехода расплавленной ванны из жидкой в твердую, влияет на кристаллическую форму. Более длительное мгновение способствует росту столбчатых кристаллов. Из-за характеристик титана-высокой температуры плавления, большой теплоемкости и плохой теплопроводности-ввод энергии и принудительное охлаждение во время сварки по-разному влияют на расплавленную емкость в условиях высоких температур. Немного более длинное мгновение облегчает рост столбчатых кристаллов в расплавленной котле, расширяя зону теплового воздействия соединения и способствуя снижению пластичности сварного соединения. Сбои прочности на растяжение часто проявляются в зоне теплового воздействия. Чтобы смягчить это, более мягкие сварочные характеристики рекомендуются для титановой сварки, включая меньшую энергию сварки и более быструю скорость охлаждения.

4. Пористость как общий дефект сварного шва в титане.

Пористость является распространенным дефектом в титановой сварке, вытекающей из газов, включенных в жидкий металл во время сварки. Такие процессы, как диффузия, десольвация, зарождение и рост, приводят к образованию пузырьков. Из-за быстрого затвердевания и кристаллизации расплавленного бассейна пузырьки остаются в виде пор в твердом металле. Газы, вызывающие пористость, такие как водород и монооксид углерода, происходят главным образом от тепла дуги загрязняющих веществ органического вещества. Даже при тщательной предварительной очистке и защите, пористость может сохраняться в ветреных условиях, подчеркивая неполное устранение важнейших источников загрязнения. Влага в воздухе, которую часто упускают из виду, выступает в качестве значительного источника пористости, о чем свидетельствуют сравнительные эксперименты в условиях различной влажности воздуха.