Титанпредставляет собой высокореактивный металл, проявляющий сильное сродство к таким газам, как кислород, водород и азот, при высоких температурах; это родство становится еще более выраженным при повышении температуры сварки, особенно в процессе сварки титана. Практический опыт показал, что если во время сварки не контролировать поглощение и растворение титаном таких газов, как кислород, водород и азот, это, несомненно, создаст серьезные проблемы при изготовлении титановых сварных соединений.
I. Введение
В последние годы благодаря экономическому развитию-и особенно непрерывному углублению реформ и открытости--экономическое строительство Китая достигло огромного прогресса. В то же время Китай также добился значительных успехов в области сварки для инженерных проектов, таких как трубопроводы. Сварка титана является относительно распространенным типом сварки, и обеспечение эффективного контроля качества во время процесса оказывает решающее влияние на цвет титанового сварного шва. Учитывая визуальную природу цвета сварного шва в титане, исследование взаимосвязи между цветом и качеством сварного шва имеет большое значение. В этой статье автор опирается на многолетний опыт исследований и практический опыт в области контроля качества и технологии сварки титана, чтобы изучить взаимосвязь между качеством сварного шва и цветом сварного шва при сварке титана, в надежде внести свой вклад в исследования в этой области.
II. Влияние свойств титана на сварку титана
1. Влияние кислорода и азота
Кислород и азот растворяются в титане межузельно, вызывая искажение решетки. Это повышает устойчивость к деформации, а также прочность и твердость, но снижает пластичность и вязкость. Присутствие кислорода и азота в сварном шве нежелательно, и его следует избегать.
2. Эффект водорода
Увеличение содержания водорода приводит к резкому снижению ударной вязкости титанового металла шва, при этом пластичность снижается незначительно; гидриды могут вызвать хрупкость соединения.
3. Влияние углерода
При комнатной температуре углерод межузельно растворяется в титане, увеличивая прочность и снижая пластичность, хотя и не так значительно, как в случае кислорода и азота. когда содержание углерода превышает предел растворимости, образуется твердый и хрупкий TiC. Этот TiC распространяется по сети-подобно шаблону и подвержен взлому. Китайские национальные стандарты предусматривают, что содержание углерода в титане и его сплавах не должно превышать 0,1%. Во время сварки загрязнение маслом заготовки и сварочной проволоки может увеличить содержание углерода; поэтому перед сваркой требуется тщательная очистка.
III. Анализ свариваемости титана
Титан обладает хорошей свариваемостью. Металлический титан из-за низкой теплопроводности (0,041 Кал/градус·см·с) плавится только в зоне дуги и обладает хорошей текучестью; кроме того, он имеет низкий коэффициент теплового расширения (8,6 × 10⁻⁶/градус, что намного ниже, чем у углеродистой стали), что значительно повышает свариваемость металлического титана.
IV. Взаимосвязь между цветом сварного шва и качеством сварки при сварке титана
1. Изменение цвета сварных швов труб из титана и титановых сплавов и механизм образования дефектов.
Дефекты труб из титана и титановых сплавов и механизмы их образования следующие: при сварке титановых труб аргоновая газовая защита, образуемая TIG-горелкой, может лишь защитить сварочную ванну от вредного воздействия воздуха; он не обеспечивает защиты сварного шва и прилегающих к нему участков, которые уже затвердели, но остаются при высоких температурах. Однако сварные швы титановых труб и прилегающие к ним области в этом состоянии все еще обладают сильной способностью поглощать азот и кислород из воздуха. Поглощение кислорода начинается при 400 градусах, а поглощение азота начинается при 600 градусах, при этом воздух содержит большое количество как азота, так и кислорода.
По мере постепенного увеличения степени окисления цвет сварного шва титановой трубы меняется, а пластичность сварного шва снижается. Серебристый-белый (без окисления); золотисто-желтый (TiO; титан начинает поглощать водород примерно при 250 градусах; слабое окисление); синий (Ti₂O₃; умеренно сильное окисление); серый (TiO₂; сильное окисление).
2. Качество сварных швов титана можно оценить по цвету их поверхности.
Испытание титановых сварных швов различных цветов и уровней твердости показано на рисунке ниже.
(I) Эксперименты показали, что по мере потемнения цвета сварного шва-т. е. по мере увеличения степени окисления-твердость сварного шва также увеличивается. По данным испытаний, проведенных коллегами, по мере увеличения твердости титана в сварном шве возрастает концентрация вредных веществ, таких как кислород и азот, что значительно снижает качество сварного шва.
(2) Свариваемость титана тесно связана с его химическими и физическими свойствами. Однако ключевой вопрос заключается в том, что при высоких температурах высокая реакционная способность титана делает его восприимчивым к атмосферному загрязнению. При нагреве его зерна расширяются, а по мере остывания сварного соединения это приводит к образованию хрупких фаз. Титан имеет очень высокую температуру плавления, достигающую 1668±10 градусов, что требует даже больше энергии, чем сварка стали. В то же время титан химически очень активен и реагирует с O и H гораздо легче, чем сталь, вступая в быстрые химические реакции при температуре выше 600 градусов. Он поглощает большое количество H и O уже при 100 градусах, при этом растворимость водорода в десятки тысяч раз выше, чем у стали, что приводит к образованию гидрида титана и резкому снижению ударной вязкости. Газообразные примеси повышают склонность к образованию холодных и замедленных трещин, а также чувствительность к надрезам. Поэтому чистота аргона, используемого для сварки, должна быть не менее 99,99 %, содержание влаги не должно превышать 0,039 %, а содержание водорода в сварочной проволоке должно быть ниже 0,002 %. Коэффициент теплопередачи титана вдвое меньше, чем у стали. Фазовое превращение -в- происходит при 882 градусах; при более высоких температурах зерна подвергаются быстрому, ступенчатому-росту, что приводит к значительному ухудшению свойств. Поэтому необходимо строго контролировать температуру, особенно время пребывания при высоких температурах во время сварочного цикла. Хотя образование горячих и межкристаллитных трещин не является проблемой при сварке титана, может возникнуть пористость, особенно при сварке сплавов.
V. Меры предосторожности при сварке титана
На основании приведенных исследований при сварке титана необходимо решать следующие вопросы:
1. Во время процесса сварки титана зона сварки и зона после-теплового воздействия-после сварки должны быть строго экранированы, чтобы предотвратить попадание воздуха в сварной шов и зоны-воздействия тепла, что может серьезно ухудшить качество сварного шва. Поэтому необходимы аргон с чистотой 99,99% и защитный экран.
2. Сварные канавки должны быть обработаны (шлифовка не допускается);
3. Следует избегать прихваток и использовать высокочастотное зажигание дуги.
4. Следует избегать термообработки после-сварки; Если необходима термообработка после-сварки, температура термообработки должна быть ниже 650 градусов.
VI. Заключение
Контроль качества при сварке титана оказывает существенное влияние на цвет сварного шва; при этом качество сварного шва можно оценить по его цвету. Между этими двумя факторами существует очень важная связь.
Электронная-почта:garychen3215@hotmail.com
Адрес: № 35, улица Баоти, город Баоцзи, провинция Шэньси, Китай.
Контактное лицо: г-н Гэри Чен
Телефон: +86-917-8883215
Мобильное устройство/WhatsApp: +86 13092900605
