мідь,титан, і титанові сплави є конструкційними металевими матеріалами, які широко використовуються в промисловому секторі. Обидва матеріали мають відмінні механічні властивості та стійкість до корозії, і їх застосування в композитних структурах, що включають різні матеріали-наприклад, у висококласному-обладнанні, обладнанні для хімічної обробки та точному виробництві-продовжує зростати. Однак мідь і титан істотно відрізняються за кристалічною структурою, температурою плавлення, теплопровідністю, коефіцієнтом лінійного розширення і хімічними властивостями. Вони являють собою типову комбінацію різнорідних металів, яку важко зварювати, а процес зварювання дуже схильний до таких дефектів, як пористість, тріщини та погіршення механічних властивостей. У цьому документі систематично аналізуються проблеми, пов’язані зі зварюванням різнорідних матеріалів із міді-титану, і надається детальне пояснення основних робочих моментів і стандартів параметрів для звичайних, зрілих процесів зварювання.
I. Основні проблеми при зварюванні різнорідних металів міді-титану
Мідь і титан є металами з дуже різними фізичними та хімічними властивостями. Металургійний процес зварювання є складним, а їх сумісність надзвичайно погана, що призводить до високої частоти дефектів, які в першу чергу проявляються у вигляді трьох основних проблем: пористість, тріщини зварного шва та погіршення властивостей з’єднання.
1. Міжкристалічні тріщини, спричинені евтектикою з низькою-температурою плавлення-: домішки в міді, такі як вісмут, свинець, сірка та кисень, утворюють різноманітні евтектичні фази-з-температурою плавлення з міддю, включаючи евтектику міді-вісмуту при 270 градусах, евтектика міді-свинцю при 326 градусах, а евтектика міді-оксиду міді(I) при 1067 градусах. Ці структури з -температурою-плавлення розподіляються на границях зерен і дуже схильні до виникнення крихких міжзеренних тріщин під час процесу охолодження під час зварювання.
2. Розтріскування внаслідок водневої крихкості на стороні титану: після поглинання водню за високих температур титан утворює крихку структуру,-подібну до гідриду титану, що призводить до сильного водневого окрихчення. Це значно знижує в'язкість з'єднання на стороні титану та викликає дефекти, що розтріскуються.
3. Розтріскування через концентрацію термічної напруги: Коефіцієнти лінійного розширення міді та титану відрізняються більш ніж у два рази. Під час нагрівання та швидкого охолодження зварного шва два основні метали стискаються та деформуються з різною швидкістю, утворюючи значні залишкові зварювальні напруги в з’єднанні, що зрештою призводить до розтріскування зварного шва та зони-термічного впливу.
II. Стандартні та розвинені процеси зварювання мідних і титанових сплавів
Щоб вирішити проблему зварювальних дефектів у різнорідних мідно-{0}}титанових матеріалах, галузь провела численні випробування процесу та підтвердила, що вакуумне дифузійне зварювання, зварювання TIG, плазмове дугове зварювання, пайка та електронно-променеве зварювання можуть досягати стабільних зварних швів, створюючи з’єднання з чудовими механічними властивостями та контрольованими дефектами. Серед них вакуумне дифузійне зварювання та зварювання TIG є основними процесами, які найбільш широко використовуються в промисловості.
(1) Вакуумне дифузійне зварювання (бажаний процес для високої точності) Вакуумне дифузійне зварювання не включає металургійний процес плавлення та пропонує переваги з’єднань без-окислення, естетично приємне покриття, мінімум дефектів і стабільну продуктивність. Це кращий процес для зварювання точних мідно-титанових різнорідних компонентів і підходить для виробництва високо-прецизійних деталей.
1. Попередня -попередня обробка основного матеріалу зварювання - Обробка міддю (чиста мідь T2): Ретельно очистіть поверхню від масла та забруднень за допомогою трихлоретилену; протравлювати в 10% розчині сірчаної кислоти 1 хвилину; ретельно промити дистильованою водою; потім проводять відпал. Контролюйте температуру відпалу в межах від 820 до 830 градусів і витримуйте її протягом 10 хвилин, щоб усунути внутрішні напруги в основному матеріалі. - Обробка титану (чистий титан GR2): після знежирення та очищення трихлоретиленом матеріал піддається вібраційному травленню протягом 4 хвилин у водному розчині 2% фтористоводневої кислоти та 50% азотної кислоти для повного видалення поверхневий оксидний шар. Нарешті його промивають водою та спиртом, потім-сушать на повітрі та відкладають для використання.
2. Параметри процесу зварювання сердечника: точно зберіть попередньо оброблені мідні та титанові основні матеріали та помістіть їх у вакуумну зварювальну піч для обробки. Стандартні параметри процесу: температура зварювання 810 градусів ± 10 градусів, тиск зварювання 5–10 МПа, час витримки під тиском 10 хвилин і стабільний рівень вакууму між 1,3332 × 10⁻⁸ і 1,3332 × 10⁻⁹ МПа. Процес можна гнучко оптимізувати; ніобій може бути доданий як проміжний дифузійний шар для подальшого придушення утворення крихких інтерметалічних сполук і підвищення ефективності з’єднання. Якщо немає особливих вимог до продуктивності, можливе також безпосереднє зварювання з подальшим тонким очищенням поверхні з’єднання після зварювання.
(II) Зварювання в інертному газі вольфраму (TIG) (промисловий-високоефективний-процес загального призначення) Зварювання TIG є простим у експлуатації та дуже адаптивним, що робить його придатним для серійного виробництва середніх- та великих-мідно-титанових композитних компонентів. Завдяки оптимізації витратних матеріалів і процесів можна ефективно уникнути дефектів зварювання. Церієві-вольфрамові електроди є кращим вибором для зварювання; порівняно з традиційними вольфрамовими електродами, вони забезпечують стабільне запалювання дуги та концентроване надходження тепла, що не лише покращує якість формування зварювального шва, але й надає перевагу екологічності та не-токсичності. Для різного зварювання хром-мідного сплаву QCr0.5 і титанового сплаву TC2 галузевим-стандартним рішенням є використання ніобію як перехідного буферного шару для запобігання прямій реакції між міддю та титаном. У поєднанні з захисним газом аргону високої{16}}чистоти 99,8% це ефективно пригнічує окислення, пористість і утворення крихких мікроструктур, зрештою створюючи високо{17}}якісні зварні з’єднання, які відповідають вимогам стійкості до механічних впливів і корозії.
Через значні відмінності в їхніх фізичних і хімічних властивостях зварювання різнорідних мідних і титанових сплавів представляє три основні технічні проблеми: висока пористість, чутливість до тріщин і крихкість з’єднань. Основні проблеми полягають у високотемпературному поглинанні газів, утворенні евтектики з-низькою{3}}температурою плавлення, випаданні крихких інтерметалічних сполук і концентрації зварювальних напруг. У реальному промисловому виробництві вакуумне дифузійне зварювання є кращим методом для високо-точних компонентів для забезпечення стабільності з’єднання та точності формування; для звичайних промислових компонентів можна вибрати зварювання TIG з оптимізованими процесами, щоб збалансувати ефективність виробництва та якість зварювання. За допомогою стандартизованої попередньої обробки основного металу, точного контролю параметрів зварювання та відповідного вибору матеріалів перехідного шару можна ефективно усунути дефекти різнорідного зварювання міді-титану, уможливлюючи композитне застосування цих двох високо-матеріалів і повністю використовуючи їхні структурні та функціональні переваги.
Електронна-пошта:garychen3215@hotmail.com ;
Адреса: No.35, Baoti Rd, Baoji city, Shaanxi Province, China
Контактна особа: пан Гарі Чан
Телефон: +86-917-8883215
Мобільний/WhatsApp: +86 13092900605
