Як запобігти тріщинам при зварюванні титанового сплаву?

Титановий сплав став ключовим матеріалом у високо-галузях, таких як аерокосмічна, морська техніка та медичні пристрої, завдяки своїй чудовій питомій міцності, стійкості до корозії та біосумісності. Однак під час процесу зварюваннятитановий сплавмає потенційний ризик утворення тріщин. Ця проблема впливає на механічні властивості та безпеку експлуатації компонентів, обмежуючи її широке застосування у сценаріях виробництва складних конструкцій.

 

 

Фізико-хімічні властивості титанового сплаву визначають особливості процесу його зварювання. Виникнення тріщин є результатом спільного впливу власних властивостей матеріалу та факторів процесу зварювання. Гарячі тріщини — міжкристалічні руйнування при високих температурах; холодні тріщини є основною загрозою розтріскування,-спричиненого воднем; тріщини під час повторного нагрівання є прихованою небезпекою під час лікування старінням.

 

 

У відповідь на механізми зварювальних тріщин у титанових сплавах технологія запобігання тріщинам має проходити через увесь процес «перед-підготовки до зварювання - процесу зварювання - обробки після-зварювання».

 

(I) Підготовка до-зварювання

Основою попередньої -підготовки до зварювання є зменшення введення домішок і концентрації напруги, а також створення стабільних умов для процесу зварювання.

• Вибір основного металу та наповнювача: обирайте присадочні дроти відповідного складу. Для високо{1}}міцних титанових сплавів можна додавати бор і цирконій для очищення зерен; шліфування/протравлення для видалення окалини, масляних плям та інших домішок на поверхні основного металу та присадкових дротів, а також завершення зварювання протягом 4 годин після обробки.

 

• Конструкція з’єднання та обробка канавок: віддавайте перевагу стиковим з’єднанням із кутом канавки, кореневою поверхнею та зазором; використовувати холодні методи обробки, такі як фрезерування для обробки канавок, і термічне різання заборонено.

 

• Контроль середовища зварювання: працювати в закритому цеху з певною температурою та вологістю; для важливих компонентів встановіть захисні навіси та використовуйте обладнання для осушення та пило{0}}захисту, щоб запобігти потраплянню вологи та пилу в басейн розплаву.

 

(II) Процес зварювання

Процес зварювання є основною ланкою запобігання утворенню тріщин. Необхідно досягти точного контролю ванни розплаву та зони теплового -впливу шляхом вибору методів зварювання, оптимізації параметрів процесу та підвищення захисту.

 

• Переважні методи зварювання: віддавайте перевагу методам з концентрованою енергією та контрольованим підведенням тепла. Використовуйте зварювання TIG для тонких пластин (менше або дорівнює 10 мм) і зварювання PAW для середніх і товстих пластин; для -сфер високого рівня, таких як авіакосмічна промисловість, перевага надається зварюванню EBW та LBW (відмінно, але висока вартість), а ручне дугове зварювання суворо заборонено.

 

 

• Optimization of Process Parameters: The core is to control heat input and cooling rate. Current: 50-80A for thin plates, 100-150A for medium and thick plates; voltage: 10-15V; speed: 5-10mm/s; interpass temperature for multi-layer welding <=100℃.

 

• Покращені заходи захисту: використовуйте -чистий аргон із високим потоком і чистотою більше або дорівнює 99,99%, оснащений заднім екраном (щоб зварювальний шов був холодним нижче 400 градусів) і заднім захистом (дуття аргону назад; для зварювання трубопроводів заповніть трубу аргоном перед зварюванням, доки вміст кисню не досягне рівня<0.01%). It is normal to observe the molten pool showing silvery white; stop welding for treatment if it is blue-purple.

 

(III) Обробка після-зварювання

Обробка після-зварювання може усунути залишкову напругу та зменшити вміст водню, тим самим запобігаючи утворенню холодних і повторних тріщин. Основні процеси такі:

 

1. Обробка дегідруванням після-зварювання

Застосовується до компонентів титанового сплаву, схильних до холодного розтріскування, застосовуйте відразу після зварювання: витримуйте при 200–250 градусів протягом 2–4 годин, щоб сприяти дифузії водню та випаданню, а також запобігти холодному розтріскуванню.

 

2. Відпал для зняття напруги

Процес: витримайте при 550–650 градусів протягом 1–2 годин, охолодіть у печі до температури нижче 300 градусів, а потім охолодіть на повітрі. Він може усунути більше ніж 80% залишкової напруги, покращити мікроструктуру та покращити механічні властивості.

Для -твердіючих титанових сплавів відпал і старіння слід використовувати в поєднанні, щоб уникнути повторного нагрівання.

 

3. Обробка та перевірка поверхні зварного шва

Відшліфуйте, щоб видалити зварні валики, бризки та окалину, а також перевірте, чи немає поверхневих тріщин;

Використовуйте ультразвукове випробування (UT, чутливість більше або дорівнює Φ2 мм, еквівалент плоского-отвору з днищем) і випробування пенетрантом (PT, без лінійних дефектів) для виявлення внутрішніх/поверхневих дефектів;

Тріщини необхідно усунути шляхом механічного шліфування, а також повторного -зварювання відповідно до початкового процесу та повторної -інспекції, якщо необхідно.

 

 

Крім технічних заходів, система контролю якості звуку є ключем до запобігання тріщин.

 

• Специфікація процедури зварювання (WPS)

Провести технологічні випробування різних марок титанового сплаву (Gr2, Gr5) і форм з’єднань для визначення оптимальних параметрів; будівництво без оцінки суворо заборонено.

 

• Керівництво зварювальником

Зварювальники повинні мати спеціальну кваліфікацію для зварювання титанових сплавів і бути знайомими з особливостями та вимогами до запобігання розтріскуванням зварювання титанових сплавів.

 

• Відстеження-процесу

Записуйте партії основного металу та присадкового дроту, параметри зварювання, обробку після-зварювання та результати дефектоскопії протягом усього процесу, щоб забезпечити точне відстеження проблем.