Mi az oka annak, hogy a titánötvözet és az alumínium nehezen hegeszthető?

A titánötvözet könnyű, nagy szilárdságú, korrózióálló anyag. Kiváló tulajdonságainak köszönhetően széles körben használják a repülőgépiparban, az orvosi berendezésekben, a vegyiparban és más területeken. A titánötvözetek hegesztési teljesítménye azonban viszonylag gyenge, főként a következő okok miatt:
Oxidréteg kialakulása:A titánötvözet felületén könnyen szilárd oxidréteg képződik. Ez az oxidréteg nemcsak a hegesztési folyamat nehézségeit növeli, hanem csökkenti a hegesztési szilárdságot is. A hegesztés előtt általában speciális előkezelési módszerekre van szükség, mint például pácolás vagy mechanikus polírozás, hogy eltávolítsák az oxidréteget és ezáltal javítsák a hegesztési teljesítményt.
Alacsony hővezető képesség:A titánötvözet hővezető képessége viszonylag alacsony, ami nagy hőmérsékleti gradienst eredményez a varrat közelében, ami könnyen hegesztési deformációt és repedéseket okozhat. A hőmérséklet-gradiens csökkentése érdekében gyakran olyan intézkedéseket kell bevezetni, mint az előmelegítés és a hegesztési sebesség szabályozása, ami növeli a hegesztési folyamat bonyolultságát.
Hidrogén érzékenység:A titánötvözet érzékeny a hidrogénre, és könnyen felszívja a hidrogént a hegesztési folyamat során, ami hidrogénridegséget eredményez. A hidrogénes ridegség a hegesztett kötések rideg törését okozhatja, ezért bizonyos intézkedéseket kell tenni, például a hidrogéntartalom szabályozását a hegesztési környezetben a hidrogénridegedés kockázatának csökkentése érdekében.

Szelektív feloldás:A titánötvözet egyes fémelemekkel magas hőmérsékleten szelektíven feloldódik, törékeny fázist képezve, ami befolyásolja a hegesztett kötések teljesítményét. Ezért a hegesztési anyagok és hegesztési eljárások kiválasztásakor különös figyelmet kell fordítani ennek a szelektív feloldódásnak a elkerülésére.
Magas olvadáspont:A titánötvözetek viszonylag magas olvadáspontja magas hőmérsékletet igényel a hegesztési folyamathoz, ami növeli az energiafogyasztást és a hegesztőberendezésekre vonatkozó követelményeket.
E problémák megoldása érdekében a titánötvözetek hegesztése általában speciális hegesztési eljárások alkalmazását igényli, beleértve az inertgázos védőgázas hegesztést, az elektronsugaras hegesztést, a lézeres hegesztést és más fejlett hegesztési technológiákat. Ezenkívül a megfelelő hegesztési anyagok kiválasztása, a hegesztési paraméterek ellenőrzése és az előkezelési módszerek alkalmazása szintén fontos eszköz a titánötvözetek hegesztési minőségének javításához.

Összefoglalva, a titánötvözet és az alumínium nehezen hegeszthető okai a következők:
1. Az alumínium és a titán könnyen reagál oxigénnel
⑴ Az alumínium oxigénnel reagálva sűrű és tűzálló Al2O3-ot (oxidfilmet) képez, amelynek olvadáspontja akár 2050 fok is lehet, ami akadályozza a két alapanyag kombinációját, és hajlamossá teszi a hegesztést a zárványok kialakulására.
⑵A titán 600 fokon oxidálódni kezd. Minél magasabb a hőmérséklet, annál komolyabb lesz az oxidáció, amely TiO2-t (titán-dioxidot) képez, közbenső rideg réteget képez a varratban, csökkentve a plaszticitást és a szívósságot.
2. Az alumínium és a titán eltérően reagál különböző hőmérsékleteken
⑴. 1460 fokon az alumínium és a titán egy TiAl (titán-aluminid) vegyületet képez, amely 36,03% alumínium tömegfrakciót tartalmaz, ami növeli a fém ridegségét.
⑵ Az alumínium és a titán egy TiAl3 (titán-trialuminid) vegyületet képez, amely 1340 fokon 60-64% alumínium tömeghányadot tartalmaz.
⑶ Az alumínium és a titán megolvadása után, amikor a titán tömeghányada 0,15%, alumíniumban szilárd titánoldat képződik.
3. Az alumínium és a titán kölcsönös oldhatósága nagyon kicsi
⑴665 fokon a titán alumíniumban való oldhatósága 0,26%~0,28%. A hőmérséklet csökkenésével az oldhatóság csökken.
⑵Ha a hőmérséklet 20 fokra csökken, a titán alumíniumban való oldhatósága 0,07%-ra csökken, ami megnehezíti a két alapanyag kombinálását.
Az alumínium titánban való oldhatósága korlátozottabb, ami nagyon megnehezíti a két alapanyag közötti hegesztési varratok kialakulását.
4. Az alumínium és a titán erős vízfelvevő képességgel rendelkezik magas hőmérsékleten.
⑴ A folyékony alumínium nagy mennyiségű hidrogént képes feloldani, de szilárd állapotban szinte oldhatatlan. Ahogy a varrat megszilárdul, a hidrogénnek nincs ideje távozni és pórusokat képezni.
⑵ A hidrogén jól oldódik a titánban. Alacsony hőmérsékleten a hidrogén felhalmozódik a pórusokban, csökkenti a varrat plaszticitását és szívósságát, és könnyen törékeny repedéseket okoz.
5. Az alumínium törékeny vegyületeket képez titánnal és egyéb szennyeződésekkel
⑴. Az alumínium és az oxigén által képződött oxid növeli a fém ridegségét és megnehezíti a hegesztést.
⑵ A titán és a nitrogén titán-nitridet képez, amely csökkenti a fém plaszticitását.
⑶ A titán és a szén karbidokat képez. Ha a szén tömeghányada nagyobb, mint 0,28%, mindkét nem nemesfém hegeszthetősége jelentősen romlik.
6. Az alumínium és a titán eltérően reagál különböző hőmérsékleteken
⑴ Az alumínium és a titán hővezető képessége nagyon eltérő. Az alumínium (206,9 W·m-2·K-1) körülbelül 16-szor nagyobb, mint a titán (13,8 W·m-2·K-1).
⑵ Az alumínium és a titán lineáris tágulási együtthatója nagyon eltérő, és az alumínium körülbelül 3-szor nagyobb, mint a titán. Hajlamos a nyomás alatti repedésre.
7. Az alumínium és titán ötvözetelemei elégnek és elpárolognak
⑴Amikor az alumínium vagy alumíniumötvözet megolvad, a nála alacsonyabb olvadáspontú elemek, mint például a magnézium, a cink stb., égni vagy elpárologni kezdenek.
⑵ A titán vagy titánötvözet olvadáspontjának elérésekor (1677 fok), az olyan ötvözetelemek, mint az alumínium, jobban égnek és elpárolognak, ami a varrat egyenetlen kémiai összetételét és a szilárdság csökkenését eredményezi.