Miedź,tytani stopy tytanu są konstrukcyjnymi materiałami metalicznymi szeroko stosowanymi w sektorze przemysłowym. Obydwa materiały mają doskonałe właściwości mechaniczne i odporność na korozję, a ich zastosowanie w konstrukcjach kompozytowych obejmujących różne materiały,-takich jak-wysokiej klasy sprzęt, sprzęt do przetwarzania chemicznego i produkcja precyzyjna- stale rośnie. Jednakże miedź i tytan różnią się znacznie pod względem struktury krystalicznej, temperatury topnienia, przewodności cieplnej, współczynnika rozszerzalności liniowej i właściwości chemicznych. Stanowią one typową kombinację różnych metali, która jest trudna do spawania, a proces spawania jest bardzo podatny na defekty, takie jak porowatość, pęknięcia i pogorszenie właściwości mechanicznych. W artykule systematycznie analizowano wyzwania związane ze spawaniem materiałów odmiennych od miedzi-tytanu i szczegółowo wyjaśniano kluczowe punkty operacyjne i standardy parametrów dla głównych, dojrzałych procesów spawania.
I. Kluczowe wyzwania w zakresie spawania miedzi-tytanu i różnych metali
Miedź i tytan to metale o bardzo różnych właściwościach fizycznych i chemicznych. Proces metalurgiczny spawania jest złożony, a ich kompatybilność jest wyjątkowo słaba, co prowadzi do dużej częstości występowania defektów, które objawiają się przede wszystkim trzema głównymi problemami: porowatością, pęknięciami spoin i pogorszeniem właściwości złącza.
1. Pęknięcia międzykrystaliczne wywołane eutektyką o niskiej-topie-: pierwiastki zanieczyszczające w miedzi, takie jak bizmut, ołów, siarka i tlen, tworzą z miedzią różne nisko-topliwe-fazy eutektyczne, w tym eutektykę miedzi-bizmutu w temperaturze 270 stopni, eutektykę miedzi-ołowiu w temperaturze 326 stopni oraz eutektyka tlenku miedzi-miedzi(I) w temperaturze 1067 stopni. Te struktury o niskiej-temperaturze topnienia- są rozmieszczone na granicach ziaren i są bardzo podatne na powodowanie kruchego pękania międzykrystalicznego podczas procesu chłodzenia podczas spawania.
2. Pękanie kruche wodorowe po stronie tytanu: po wchłonięciu wodoru w wysokich temperaturach tytan tworzy kruchą, płatkową-strukturę wodorku tytanu, co powoduje poważną kruchość wodorową. Powoduje to znaczne zmniejszenie wytrzymałości złącza po stronie tytanu i powoduje powstawanie defektów pękania.
3. Pękanie koncentracyjne naprężeń cieplnych: Współczynniki rozszerzalności liniowej miedzi i tytanu różnią się ponad dwukrotnie. Podczas nagrzewania i szybkiego chłodzenia spoiny oba metale nieszlachetne kurczą się i odkształcają z różną szybkością, generując znaczne naprężenia szczątkowe w złączu, co ostatecznie prowadzi do pękania spoiny i-strefy wpływu ciepła.
II. Główne i dojrzałe procesy spawania stopów miedzi i tytanu
Aby stawić czoła wyzwaniu, jakim są wady spawalnicze w różnych materiałach z miedzi-tytanu, w branży przeprowadzono szeroko zakrojone próby procesów i zweryfikowano, że spawanie dyfuzyjne w próżni, spawanie TIG, spawanie łukiem plazmowym, lutowanie twarde i spawanie wiązką elektronów umożliwiają uzyskanie stabilnych spoin, tworząc połączenia o doskonałych właściwościach mechanicznych i możliwych do kontrolowania defektach. Wśród nich, spawanie dyfuzyjne próżniowe i spawanie TIG to podstawowe procesy najczęściej stosowane w zastosowaniach przemysłowych.
(1) Spawanie dyfuzyjne próżniowe (preferowany proces zapewniający wysoką precyzję) Spawanie dyfuzyjne próżniowe nie obejmuje procesu metalurgicznego topienia i zapewnia korzyści w postaci połączeń wolnych od utleniania-, estetycznych wykończeń, minimalnych defektów i stabilnej wydajności. Jest to preferowany proces spawania precyzyjnych elementów o odmiennych właściwościach z miedzi-tytanu i nadaje się do produkcji-wysokiej jakości precyzyjnych części.
1. Wstępna-obróbka wstępna materiału podstawowego - Obróbka miedzią (czysta miedź T2): Dokładnie oczyść powierzchnię z oleju i zanieczyszczeń za pomocą trichloroetylenu; trawić w 10% roztworze kwasu siarkowego przez 1 minutę; dokładnie spłucz wodą destylowaną; następnie wykonaj wyżarzanie. Kontroluj temperaturę wyżarzania w zakresie od 820 do 830 stopni i przytrzymaj przez 10 minut, aby wyeliminować naprężenia wewnętrzne w materiale bazowym.. - Obróbka tytanu (czysty tytan GR2): Po odtłuszczeniu i oczyszczeniu trichloroetylenem, materiał poddaje się trawieniu wibracyjnemu przez 4 minuty w wodnym roztworze 2% kwasu fluorowodorowego i 50% kwasu azotowego w celu dokładnego usunięcia powierzchniowej warstwy tlenku. Na koniec spłukuje się go kolejno wodą i alkoholem, a następnie-suszy na powietrzu i odstawia do użycia.
2. Parametry procesu spawania rdzenia: Precyzyjnie zmontuj wstępnie obrobione materiały podstawowe z miedzi i tytanu i umieść je w próżniowym piecu spawalniczym w celu przetworzenia. Standardowe parametry procesu: temperatura zgrzewania 810 stopni ± 10 stopni, ciśnienie zgrzewania 5–10 MPa, czas utrzymywania pod ciśnieniem 10 minut i stabilnie utrzymywany poziom próżni w zakresie od 1,3332 × 10⁻⁸ do 1,3332 × 10⁻⁹ MPa. Proces można elastycznie optymalizować; niob można dodać jako pośrednią warstwę dyfuzyjną w celu dalszego ograniczenia tworzenia kruchych związków międzymetalicznych i poprawy wydajności złącza. Jeżeli nie istnieją żadne specjalne wymagania eksploatacyjne, możliwe jest również spawanie bezpośrednie, a następnie dokładne czyszczenie powierzchni złącza po spawaniu.
(II) Spawanie wolframem w gazie obojętnym (TIG) (ogólne zastosowanie-przemysłowe, proces o wysokiej-wydajności) Spawanie TIG jest łatwe w obsłudze i zapewnia duże możliwości adaptacji, dzięki czemu nadaje się do seryjnej produkcji średnich- i dużych-kompozytów z miedzi-tytanu. Optymalizując materiały eksploatacyjne i procesy, można skutecznie uniknąć wad spawalniczych. Do spawania preferowane są elektrody-wolframowo-cerowe; w porównaniu z tradycyjnymi elektrodami wolframowymi zapewniają stabilną inicjację łuku i skoncentrowane doprowadzenie ciepła, co nie tylko poprawia jakość tworzenia ściegu spoiny, ale także zapewnia tę zaletę, że jest przyjazna dla środowiska i-toksyczna. W przypadku spawania odmiennego stopu miedzi-QCr0.5 i stopu tytanu TC2-standardowym rozwiązaniem w branży jest użycie niobu jako warstwy bufora przejściowego, aby zapobiec bezpośredniej reakcji między miedzią i tytanem. W połączeniu z osłoną argonu o wysokiej-czystości 99,8%, skutecznie zapobiega to utlenianiu, porowatości i tworzeniu się kruchych mikrostruktur, ostatecznie tworząc złącza spawane- wysokiej jakości, które spełniają wymagania dotyczące odporności mechanicznej i odporności na korozję.
Ze względu na znaczne różnice we właściwościach fizycznych i chemicznych, spawanie różnych stopów miedzi i tytanu stwarza trzy główne wyzwania techniczne: wysoką częstość występowania porowatości, wrażliwość na pęknięcia i kruchość spoin. Podstawowe problemy dotyczą-absorpcji gazu w wysokiej temperaturze, tworzenia się eutektyki o niskiej-temperaturze topnienia-, wytrącania kruchych związków międzymetalicznych i koncentracji naprężeń spawalniczych. W rzeczywistej produkcji przemysłowej próżniowe zgrzewanie dyfuzyjne jest preferowaną metodą w przypadku-precyzyjnych komponentów, zapewniającą stabilność połączenia i dokładność formowania; w przypadku konwencjonalnych komponentów przemysłowych można wybrać spawanie TIG ze zoptymalizowanymi procesami, aby zrównoważyć wydajność produkcji i jakość spoiny. Dzięki standaryzowanej obróbce wstępnej metali nieszlachetnych, precyzyjnej kontroli parametrów spawania i odpowiedniemu doborowi materiałów warstwy przejściowej można skutecznie wyeliminować defekty w spawaniu miedzi-niepodobnej z tytanem, umożliwiając kompozytowe zastosowanie tych dwóch-materiałów o wysokich parametrach i w pełni wykorzystując ich zalety strukturalne i funkcjonalne.
E-mail-:garychen3215@hotmail.com;
Adres: nr 35, Baoti Rd, miasto Baoji, prowincja Shaanxi, Chiny
Kontakt: Pan Gary Chan
Telefon: +86-917-8883215
Telefon komórkowy/WhatsApp: +86 13092900605
