Tytanjest wysoce reaktywnym metalem, który w wysokich temperaturach wykazuje duże powinowactwo do gazów, takich jak tlen, wodór i azot; to powinowactwo staje się jeszcze bardziej wyraźne wraz ze wzrostem temperatury spawania, szczególnie podczas procesu spawania tytanu. Praktyczne doświadczenie pokazało, że jeśli absorpcja i rozpuszczanie gazów, takich jak tlen, wodór i azot przez tytan, nie będzie kontrolowana podczas spawania, niewątpliwie będzie to stanowić poważne wyzwanie w wytwarzaniu połączeń spawanych z tytanu.
I. Wprowadzenie
W ostatnich latach wraz z rozwojem gospodarczym-a zwłaszcza ciągłym pogłębianiem reform i otwarciem-na-konstrukcję gospodarczą Chin poczyniono ogromne postępy. Jednocześnie Chiny poczyniły znaczne postępy w spawaniu projektów inżynieryjnych, takich jak rurociągi. Spawanie tytanem jest stosunkowo powszechnym rodzajem spawania, a zapewnienie skutecznej kontroli jakości w trakcie procesu ma decydujący wpływ na kolor spoiny tytanowej. Biorąc pod uwagę wizualny charakter koloru spoiny tytanu, badania związku pomiędzy kolorem spoiny a jakością spoiny mają ogromne znaczenie. W tym artykule autor czerpie z wieloletnich badań i praktycznych doświadczeń w zakresie kontroli jakości spawania tytanu i technologii procesów, aby zbadać związek pomiędzy jakością spoiny a kolorem spoiny podczas spawania tytanu, mając nadzieję przyczynić się do badań w tej dziedzinie.
II. Wpływ właściwości tytanu na spawanie tytanu
1. Wpływ tlenu i azotu
Tlen i azot są śródmiąższowo rozpuszczane w tytanie, powodując zniekształcenie sieci. Zwiększa to odporność na odkształcenia, a także wytrzymałość i twardość, ale zmniejsza plastyczność i wytrzymałość. Obecność tlenu i azotu w spoinie jest niepożądana i należy jej unikać.
2. Wpływ wodoru
Wzrost zawartości wodoru powoduje gwałtowny spadek udarności stopiwa tytanowego, podczas gdy plastyczność spada tylko nieznacznie; wodorki mogą powodować kruchość złącza.
3. Wpływ węgla
W temperaturze pokojowej węgiel rozpuszcza się śródmiąższowo w tytanie, zwiększając wytrzymałość i zmniejszając plastyczność, choć nie tak znacząco jak w przypadku tlenu i azotu. gdy zawartość węgla przekracza granicę rozpuszczalności, tworzy się twardy i kruchy TiC. Ten TiC jest rozpowszechniany-w sposób sieciowy i jest podatny na pękanie. Chińskie normy krajowe stanowią, że zawartość węgla w tytanie i jego stopach nie może przekraczać 0,1%. Podczas spawania zanieczyszczenie olejem przedmiotu obrabianego i drutu spawalniczego może zwiększyć zawartość węgla; dlatego przed spawaniem wymagane jest dokładne czyszczenie.
III. Analiza spawalności tytanu
Tytan ma dobrą spawalność. Ze względu na niską przewodność cieplną (0,041 Cal/stopień·cm·s), tytan metaliczny topi się tylko w strefie łuku i wykazuje dobrą płynność; ponadto ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (8,6 × 10⁻⁶/stopień, znacznie niższy niż stal węglowa), co znacznie poprawia spawalność metalicznego tytanu.
IV. Związek między kolorem spoiny a jakością spawania w spawaniu tytanu
1. Zmiany koloru spoin rur z tytanu i stopów tytanu oraz mechanizm powstawania defektów
Wady rur tytanowych i stopów tytanu oraz mechanizmy ich powstawania są następujące: Podczas spawania rur tytanowych osłona argonu utworzona przez palnik TIG może jedynie chronić jeziorko spawalnicze przed szkodliwym działaniem powietrza; nie zapewnia ochrony spoiny i jej otaczających obszarów, które już zastygły, ale pozostają w wysokich temperaturach. Jednakże spoiny rur tytanowych i otaczające je obszary w tym stanie nadal mają dużą zdolność pochłaniania azotu i tlenu z powietrza. Absorpcja tlenu rozpoczyna się w temperaturze 400 stopni, a absorpcja azotu rozpoczyna się w temperaturze 600 stopni, podczas gdy powietrze zawiera duże ilości zarówno azotu, jak i tlenu.
Wraz ze stopniowym wzrostem stopnia utlenienia zmienia się kolor spoiny rury tytanowej i zmniejsza się jej plastyczność. Srebrny-biały (bez utleniania); złotożółty (TiO; tytan zaczyna absorbować wodór w temperaturze około 250 stopni; lekkie utlenienie); niebieski (Ti₂O₃; średnio silne utlenianie); szary (TiO₂; silne utlenianie).
2. Jakość spoin tytanowych można ocenić na podstawie koloru ich powierzchni.
Testowanie różnych kolorów i poziomów twardości spoin tytanowych ilustruje poniższy rysunek
(I) Eksperymenty wykazały, że wraz ze wzrostem koloru spoiny,-to znaczy ze wzrostem stopnia utlenienia,-zwiększa się także twardość spoiny. Według testów przeprowadzonych przez innych specjalistów, wraz ze wzrostem twardości tytanu wzrasta stężenie szkodliwych substancji, takich jak tlen i azot, w spoinie, co znacznie pogarsza jakość spoiny.
(2) Spawalność tytanu jest ściśle związana z jego właściwościami chemicznymi i fizycznymi. Kluczową kwestią jest jednak to, że w wysokich temperaturach wysoka reaktywność tytanu powoduje, że jest on podatny na zanieczyszczenia atmosferyczne. Podczas nagrzewania jego ziarna rozszerzają się, a w miarę ochładzania złącza spawanego prowadzi to do powstawania faz kruchych. Tytan ma bardzo wysoką temperaturę topnienia, sięgającą 1668 ± 10 stopni, co wymaga jeszcze więcej energii niż spawanie stali. Jednocześnie tytan jest chemicznie bardzo reaktywny i reaguje z O i H znacznie łatwiej niż stal, ulegając szybkim reakcjom chemicznym w temperaturach powyżej 600 stopni. Absorbuje duże ilości H i O już w temperaturze 100 stopni, przy rozpuszczalności wodoru dziesiątki tysięcy razy większej niż stal, co prowadzi do powstania wodorku tytanu i gwałtownego spadku wytrzymałości. Zanieczyszczenia gazowe zwiększają podatność na pęknięcia zimne i opóźnione, a także wrażliwość na karb. Dlatego czystość argonu stosowanego do spawania powinna wynosić nie mniej niż 99,99%, wilgotność nie powinna przekraczać 0,039%, a zawartość wodoru w drucie spawalniczym powinna być mniejsza niż 0,002%. Współczynnik przenikania ciepła tytanu jest o połowę mniejszy niż stali. Transformacja fazowa -w- zachodzi przy 882 stopniach; w wyższych temperaturach ziarna ulegają szybkiemu, schodkowemu-wzrostowi, powodując znaczne pogorszenie właściwości. Dlatego należy ściśle kontrolować temperaturę, zwłaszcza czas przebywania w wysokich temperaturach podczas cyklu nagrzewania spawania. Chociaż pękanie na gorąco i pękanie międzykrystaliczne nie stanowią problemu podczas spawania tytanu, może wystąpić porowatość, szczególnie podczas spawania + stopów.
V. Środki ostrożności podczas spawania tytanu
Na podstawie powyższych badań podczas spawania tytanu należy uwzględnić następujące kwestie:
1. Podczas procesu spawania tytanu strefa spawu i-strefa wpływu ciepła pospawania-muszą być ściśle osłonięte, aby zapobiec przedostawaniu się powietrza do spoiny i stref-wpływu ciepła, co mogłoby poważnie pogorszyć jakość spoiny. Dlatego niezbędny jest argon o czystości 99,99% i osłona tylna.
2. Rowki spawalnicze muszą być obrobione maszynowo (szlifowanie nie jest dozwolone);
3. Należy unikać sczepiania i stosować-inicjowanie łuku o wysokiej częstotliwości.
4. Należy unikać-obróbki cieplnej po spawaniu; jeśli konieczna jest obróbka cieplna po-spawaniu, temperatura obróbki cieplnej powinna być niższa niż 650 stopni.
VI. Wniosek
Kontrola jakości spawania tytanu ma istotny wpływ na kolor ściegu spoiny; jednocześnie jakość spoiny można ocenić na podstawie jej koloru. Istnieje bardzo istotny związek pomiędzy tymi dwoma czynnikami.
E-mail-:garychen3215@hotmail.com
Adres: nr 35, Baoti Rd, miasto Baoji, prowincja Shaanxi, Chiny
Kontakt: Pan Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Telefon komórkowy/WhatsApp: +86 13092900605
