Који је разлог зашто се легура титанијума и алуминијум тешко заварују?

Титанијумска легура је лаган материјал високе чврстоће, отпоран на корозију. Због својих одличних својстава, широко се користи у ваздухопловству, медицинској опреми, хемијској индустрији и другим областима. Међутим, перформансе заваривања титанијумских легура су релативно лоше, углавном из следећих разлога:
Формирање оксидног слоја:Чврсти оксидни слој се лако формира на површини легуре титанијума. Овај оксидни слој не само да повећава потешкоће током процеса заваривања, већ и смањује снагу заваривања. Пре заваривања, неке посебне методе претходног третмана, као што су кисељење или механичко полирање, обично су потребне да би се уклонио оксидни слој и тиме побољшао учинак заваривања.
Ниска топлотна проводљивост:Топлотна проводљивост легуре титанијума је релативно ниска, што резултира великим температурним градијентом у близини шава, што може лако изазвати деформацију заваривања и пукотине. Да би се смањио температурни градијент, често је потребно усвојити мере као што су предгревање и контрола брзине заваривања, што повећава сложеност процеса заваривања.
Осетљивост на водоник:Легура титанијума је осетљива на водоник и лако апсорбује водоник током процеса заваривања, што доводи до кртости водоника. Кртост водоником може изазвати крхко ломљење заварених спојева, тако да је потребно предузети неке мере, као што је контрола садржаја водоника у окружењу заваривања, како би се смањио ризик од кртости водоника.

Селективно растварање:Легура титанијума је склона селективном растварању са неким металним елементима на високим температурама, формирајући крту фазу, што утиче на перформансе заварених спојева. Због тога, посебну пажњу треба посветити избегавању овог селективног растварања приликом одабира материјала за заваривање и процеса заваривања.
Висока тачка топљења:Релативно висока тачка топљења легура титанијума захтева високе температуре за процес заваривања, чиме се повећава потрошња енергије и захтеви опреме за заваривање.
Да би се решили ови проблеми, заваривање легура титанијума обично захтева употребу специјализованих процеса заваривања, укључујући заваривање заштићеним инертним гасом, заваривање електронским снопом, ласерско заваривање и друге напредне технологије заваривања. Поред тога, одабир одговарајућих материјала за заваривање, контрола параметара заваривања и усвајање метода предтретмана такође су важна средства за побољшање квалитета заваривања легура титанијума.

Да сумирамо, разлози због којих је легура титанијума и алуминијум тешко заварити су следећи:
1. Алуминијум и титанијум лако реагују са кисеоником
⑴ Алуминијум реагује са кисеоником да би се формирао густ и ватростални Ал2О3 (оксидни филм) са тачком топљења до 2050 степени, што омета комбинацију два основна материјала и чини шав склоним инклузијама.
⑵Титан почиње да оксидира на 600 степени. Што је температура виша, оксидација ће бити озбиљнија, формирајући ТиО2 (титанијум диоксид), формирајући међукрти слој у завару, смањујући пластичност и жилавост.
2. Алуминијум и титан различито реагују на различитим температурама
⑴. На 1460 степени, алуминијум и титанијум формирају ТиАл (титанијум алуминид) једињење које садржи 36,03% масеног удела алуминијума, што повећава ломљивост метала.
⑵ Алуминијум и титанијум формирају ТиАл3 (титанијум триалуминид) једињење које садржи 60% до 64% ​​масеног удела алуминијума на 1340 степени.
⑶ Након топљења алуминијума и титанијума, када је масени удео титанијума 0.15%, у алуминијуму се формира чврсти раствор титанијума.
3. Међусобна растворљивост алуминијума и титанијума је веома мала
⑴На 665 степени, растворљивост титанијума у ​​алуминијуму је 0.26%~0.28%. Како се температура смањује, растворљивост се смањује.
⑵Када температура падне на 20 степена, растворљивост титанијума у ​​алуминијуму пада на 0,07%, што отежава комбиновање два основна материјала.
Растворљивост алуминијума у ​​титанијуму је ограниченија, што отежава формирање шавова између два основна материјала.
4. Алуминијум и титанијум имају јаку апсорпцију воде на високим температурама.
⑴Течни алуминијум може да раствори велику количину водоника, али је скоро нерастворљив у чврстом стању. Како се завар учвршћује, водоник нема времена да побегне и формира поре.
⑵Водоник има високу растворљивост у титанијуму. На ниским температурама, водоник се акумулира у порама, смањујући пластичност и жилавост шава и лако изазивајући крхке пукотине.
5. Алуминијум формира крта једињења са титанијумом и другим нечистоћама
⑴. Оксид формиран од алуминијума и кисеоника повећава ломљивост метала и отежава заваривање.
⑵Титан и азот формирају титанијум нитрид, који смањује пластичност метала.
⑶Титанијум и угљеник формирају карбиде. Када је масени удео угљеника већи од 0.28%, заварљивост оба основна метала ће се значајно погоршати.
6. Алуминијум и титан различито реагују на различитим температурама
⑴Топлотна проводљивост алуминијума и титанијума је веома различита. Алуминијум (206,9В·м-2·К-1) је приближно 16 пута већи од титанијума (13,8В·м-2·К-1).
⑵Коефицијенти линеарне експанзије алуминијума и титанијума су веома различити, а алуминијум је око 3 пута већи од титанијума. Склон пуцању под притиском.
7. Елементи легуре у алуминијуму и титанијуму сагоревају и испаравају
⑴Када се алуминијум или легура алуминијума топе, елементи са тачком топљења нижим од њих, као што су магнезијум, цинк, итд., почињу да горе или испаравају.
⑵ Када се достигне тачка топљења титанијума или легуре титанијума (1677 степени), елементи легуре као што је алуминијум више сагоревају и испаравају, што доводи до неуједначеног хемијског састава шава и смањене чврстоће.