Soldadura de peces d'aliatge de titani: punts clau de control del procés

La soldadura de peces d'aliatge de titani és molt menys tolerant que la soldadura d'acer, perquè el titani reacciona amb l'oxigen, el nitrogen, l'hidrogen i el carboni a temperatura elevada. Per sobre d'aproximadament 400 graus, la superfície deixa de ser auto-protectora i la piscina fosa absorbirà qualsevol gas o contaminació que trobi, produint porositat, fragilitat i pèrdua de ductilitat que cap operació posterior-de soldadura pot revertir. Per tant, el control del procés comença molt abans que l'arc s'encengui i continua després d'apagar-lo.

Pre-preparació i neteja de la soldadura

L'oli, el greix, la pols, la humitat i altres impureses de la superfície de titani entren a la soldadura i formen porus i inclusions no-metàl·liques, de manera que la neteja és el primer punt de control. Les peces petites es remullen en un dissolvent adequat, com ara acetona o alcohol durant un període, i després s'eixuguen amb un drap-que no deixa pelusa; s'ha de deixar que el dissolvent esclati completament abans de soldar, perquè el vapor atrapat és en si mateix una font de porositat.

El segon pas és l'eliminació de la pel·lícula d'òxid. El titani forma espontàniament una capa densa de diòxid de titani el punt de fusió de la qual està molt per sobre del propi metall, i si no s'elimina, la soldadura mostrarà manca de fusió. L'eliminació mecànica utilitza paper abrasiu fi, d'uns 200 a 400 graons, o un raspall de filferro d'acer inoxidable, treballat en una sola direcció per evitar ratllar i contaminar la superfície, i la soldadura segueix el més aviat possible per limitar la re-oxidació. L'eliminació química utilitza una barreja d'àcid fluorhídric i nítric, que requereix un control estricte del temps de decapat i la concentració de la solució perquè l'àcid ataca el metall una vegada que l'òxid ha desaparegut. Els raspalls de filferro i els abrasius que s'han utilitzat anteriorment en acer no han de tocar mai el titani, ja que el ferro incrustat és una causa clàssica de corrosió posterior.

Disseny de juntes, ajust-i subjecció

Les juntes a tope són la configuració més comuna perquè ofereixen millors propietats mecàniques amb una concentració d'esforç més baixa que les juntes solapades o en T-. Quan es dissenya una unió a tope, les dues parts haurien de tenir un gruix coincident i un espai d'arrel adequat, normalment de 0,5 mm a 1,5 mm, per permetre la deposició de metall d'aportació i l'escapament de gas de l'arrel. La precisió d'ajust-és igual d'important: el contacte ha de ser ajustat i la desalineació ha de mantenir-se petita, generalment no supera el 10% del gruix de la peça per a estructures d'alta-precisió. Un ajustament precís-redueix l'estrès i la distorsió de la restricció, cosa que al seu torn redueix el risc d'esquerdes. Les pinces utilitzades per al muntatge no han de reaccionar amb el titani; L'aliatge de coure i les pinces d'acer inoxidable són l'opció habitual i s'han de netejar abans d'utilitzar-los.

Mètode de soldadura i control de paràmetres

La soldadura amb gas inert de tungstè és el cavall de batalla per al titani, que ofereix una qualitat de soldadura alta i estable en xapes primes i estructures de precisió. La soldadura de gas inert metàl·lic funciona més ràpid i s'adapta a plaques mitjanes a gruixudes, mentre que la soldadura per feix d'electrons produeix una relació de profunditat-a-alta per a les peces que necessiten una forma ajustada i un control dimensional, a un cost d'equip més elevat. El mètode es selecciona pel gruix, la geometria, el requisit de qualitat i la taxa de producció, i després es fixen i es registren els paràmetres.

El corrent s'adapta al gruix i la velocitat de desplaçament s'adapta al corrent: una passada ràpida es refreda ràpidament i pot deixar manca de fusió, mentre que una passada lent genera calor excessiu i engroseix la microestructura de la soldadura. El flux de gas de protecció ha de ser moderat i el valor real depèn del mètode de soldadura, la forma de la junta i la mida de la peça.

Control ambiental i tractament post-soldadura

La zona de soldadura s'ha de mantenir neta i seca i lliure de pols, estelles i altres contaminacions, i la humitat ambiental s'ha de mantenir el més baixa possible. El titani recull hidrogen durant la soldadura, i una atmosfera humida augmenta el contingut d'hidrogen de la soldadura, la qual cosa condueix a la fragilitat de l'hidrogen; la deshumidificació és la contramesura estàndard. El vent dispersa el gas protector i deixa el metall calent sense protecció, de manera que s'utilitzen pantalles de soldadura, una badia tancada o cortines de barrera al voltant de l'àrea de treball per protegir l'embolcall del gas.

Després de la soldadura, l'escòria, les esquitxades i altres residus s'eliminen ràpidament. Les soldadures TIG solen ser suaus, però poden mostrar una lleugera tonalitat d'oxidació que s'elimina amb un raspall de filferro d'acer inoxidable, mentre que les soldadures MIG generalment necessiten més neteja a causa de les esquitxades, i les soldadures netes s'inspeccionen per detectar porus superficials i esquerdes. L'estrès residual s'alleuja mitjançant el recuit al buit o el recuit en una atmosfera protectora a uns 550 graus a 700 graus, amb el temps de retenció basat en el gruix i la mida de la part seguit d'un refredament lent; També es poden utilitzar mètodes mecànics com ara el granat o l'estirament controlat, però s'ha de limitar la deformació perquè es preservi la precisió dimensional. Finalment, la superfície es pot protegir amb un recobriment resistent a la corrosió-o per passivació química que reconstrueix una pel·lícula passiva densa.

Preguntes freqüents

P: Per què s'han de netejar les peces d'aliatge de titani abans de soldar?
L'oli, el greix, la pols i la humitat es descomponen a l'arc i entren a la soldadura com a porus i inclusions, de manera que la junta es neteja amb acetona o alcohol i s'eixuga amb un drap-que no deixa pelusa abans d'encendre l'arc.

P: Com s'elimina la pel·lícula d'òxid d'una junta de soldadura de titani?
Per mitjans mecànics com ara paper abrasiu de 200 a 400 o un raspall de filferro d'acer inoxidable net treballat en una direcció, o amb un escabetx d'àcid fluorhídric i nítric amb un temps i una concentració estrictament controlats.

P: Quin espai d'arrel i desalineació són acceptables?
Un espai d'arrel de l'articulació a tope és típicament de 0,5 mm a 1,5 mm per permetre la deposició de farciment i l'escapament del gas, i la desalineació generalment es manté per sota d'un 10% del gruix de la peça.

P: Quins paràmetres TIG s'utilitzen per a la làmina d'aliatge de titani d'1 a 2 mm?
El corrent de soldadura és normalment de 80 A a 120 A, la tensió d'arc de 10 V a 15 V i la velocitat de desplaçament de 10 cm/min a 15 cm/min, amb els valors ajustats a l'articulació i el dispositiu reals.

P: Per què és tan important la puresa de l'argó a l'hora de soldar titani?
El titani absorbeix oxigen i nitrogen a alta temperatura, de manera que la puresa del gas de protecció ha de ser del 99,99% o superior, amb un flux frontal de 10 L/min a 20 L/min i un flux de suport de 5 L/min a 10 L/min.

P: Com s'alleuja l'estrès residual després de la soldadura?
Mitjançant el recuit al buit o el recuit en una atmosfera protectora d'uns 550 a 700 graus amb una retenció basada en el gruix-i un refredament lent, o mitjançant un granat mecànic controlat quan els límits de deformació ho permetin.