Koji je razlog zašto se legura titana i aluminij teško zavaruju?
Legura titana je lagani materijal visoke čvrstoće otporan na koroziju. Zbog svojih izvrsnih svojstava naširoko se koristi u zrakoplovstvu, medicinskoj opremi, kemijskoj industriji i drugim područjima. Međutim, učinak zavarivanja legura titana je relativno loš, uglavnom iz sljedećih razloga:
Stvaranje oksidnog sloja:Čvrsti sloj oksida lako se formira na površini legure titana. Ovaj oksidni sloj ne samo da povećava poteškoće tijekom procesa zavarivanja, već također smanjuje čvrstoću zavarivanja. Prije zavarivanja, obično su potrebne neke posebne metode predobrade, kao što je luženje ili mehaničko poliranje, kako bi se uklonio oksidni sloj i time poboljšala učinkovitost zavarivanja.
Niska toplinska vodljivost:Toplinska vodljivost legure titana je relativno niska, što rezultira velikim temperaturnim gradijentom u blizini zavara, što može lako uzrokovati deformacije zavarivanja i pukotine. Kako bi se smanjio temperaturni gradijent, često je potrebno usvojiti mjere kao što su predgrijavanje i kontrola brzine zavarivanja, što povećava složenost procesa zavarivanja.
Osjetljivost na vodik:Legura titana osjetljiva je na vodik i lako upija vodik tijekom procesa zavarivanja, što dovodi do vodikove krtosti. Vodikova krtost može uzrokovati krti lom zavarenih spojeva, pa je potrebno poduzeti neke mjere, kao što je kontrola sadržaja vodika u okruženju zavarivanja, kako bi se smanjio rizik od vodikove krtosti.
Selektivno otapanje:Legura titana sklona je selektivnom otapanju s nekim metalnim elementima na visokim temperaturama, stvarajući krtu fazu, što utječe na performanse zavarenih spojeva. Stoga je posebnu pozornost potrebno posvetiti izbjegavanju ovog selektivnog otapanja pri odabiru materijala za zavarivanje i procesa zavarivanja.
Visoka točka taljenja:Relativno visoko talište titanovih legura zahtijeva visoke temperature za proces zavarivanja, čime se povećava potrošnja energije i zahtjevi za opremom za zavarivanje.
Kako bi se riješili ti problemi, zavarivanje legura titana obično zahtijeva korištenje specijaliziranih postupaka zavarivanja, uključujući zavarivanje zaštićenim inertnim plinom, zavarivanje elektronskim snopom, lasersko zavarivanje i druge napredne tehnologije zavarivanja. Osim toga, odabir odgovarajućih materijala za zavarivanje, kontrola parametara zavarivanja i usvajanje metoda predobrade također su važni načini za poboljšanje kvalitete zavarivanja legura titana.
Ukratko, razlozi zašto je legura titana i aluminij teška za zavarivanje su sljedeći:
1. Aluminij i titan lako reagiraju s kisikom
⑴ Aluminij reagira s kisikom stvarajući gusti i vatrostalni Al2O3 (oksidni film) s talištem do 2050 stupnjeva, što ometa kombinaciju dvaju osnovnih materijala i čini zavar sklonom inkluzijama.
⑵Titan počinje oksidirati na 600 stupnjeva. Što je viša temperatura, to će oksidacija biti ozbiljnija, stvarajući TiO2 (titanijev dioksid), stvarajući srednji krti sloj u zavaru, smanjujući plastičnost i žilavost.
2. Aluminij i titan različito reagiraju na različitim temperaturama
⑴. Na 1460 stupnjeva, aluminij i titan tvore spoj TiAl (titanijev aluminid) koji sadrži 36,03% masenog udjela aluminija, što povećava krtost metala.
⑵ Aluminij i titan tvore spoj TiAl3 (titan trialuminid) koji sadrži 60% do 64% masenog udjela aluminija na 1340 stupnjeva.
⑶ Nakon taljenja aluminija i titana, kada je maseni udio titana 0,15%, čvrsta otopina titana nastaje u aluminiju.
3. Međusobna topljivost aluminija i titana vrlo je mala
⑴Na 665 stupnjeva, topljivost titana u aluminiju je 0.26%~0.28%. Kako se temperatura smanjuje, topljivost se smanjuje.
⑵Kada temperatura padne na 20 stupnja, topljivost titana u aluminiju pada na 0,07%, što otežava kombiniranje dvaju osnovnih materijala.
Topivost aluminija u titanu je ograničenija, što vrlo otežava stvaranje zavara između dva osnovna materijala.
4. Aluminij i titan imaju jaku apsorpciju vode na visokim temperaturama.
⑴Tekući aluminij može otopiti veliku količinu vodika, ali je gotovo netopljiv u krutom stanju. Kako se zavar skrućuje, vodik nema vremena izaći i stvoriti pore.
⑵Vodik ima visoku topljivost u titanu. Pri niskim temperaturama vodik se nakuplja u porama, smanjujući plastičnost i žilavost zavara i lako uzrokujući krte pukotine.
5. Aluminij tvori krte spojeve s titanom i drugim nečistoćama
⑴. Oksid koji stvaraju aluminij i kisik povećava krtost metala i otežava zavarivanje.
⑵Titan i dušik tvore titanijev nitrid, koji smanjuje plastičnost metala.
⑶Titan i ugljik tvore karbide. Kada je maseni udio ugljika veći od 0,28%, zavarljivost oba osnovna metala značajno će se pogoršati.
6. Aluminij i titan različito reagiraju na različitim temperaturama
⑴Toplinska vodljivost aluminija i titana vrlo je različita. Aluminij (206,9 W·m-2·K-1) je otprilike 16 puta veći od titana (13,8W·m-2·K-1).
⑵Koeficijenti linearnog širenja aluminija i titana vrlo su različiti, a aluminij je oko 3 puta veći od titana. Sklon pucanju pod pritiskom.
7. Elementi legure u aluminiju i titanu izgaraju i isparavaju
⑴Kada se aluminij ili aluminijska legura rastali, elementi s nižim talištem od njega, poput magnezija, cinka itd., počinju gorjeti ili isparavati.
⑵ Kada se dosegne talište titana ili legure titana (1677 stupnjeva), elementi legure kao što je aluminij više izgaraju i isparavaju, što rezultira neujednačenim kemijskim sastavom zavara i smanjenom čvrstoćom.
