Медь,титан, а титановые сплавы являются конструкционными металлическими материалами, широко используемыми в промышленности. Оба материала обладают превосходными механическими свойствами и коррозионной стойкостью, и их применение в композитных конструкциях, состоящих из разнородных материалов,-например, в высокотехнологичном-оборудовании, оборудовании для химической обработки и в прецизионном производстве-, продолжает расширяться. Однако медь и титан существенно различаются по кристаллической структуре, температуре плавления, теплопроводности, коэффициенту линейного расширения и химическим свойствам. Они представляют собой типичную комбинацию разнородных металлов, которую трудно сваривать, а процесс сварки весьма подвержен появлению таких дефектов, как пористость, трещины и ухудшение механических свойств. В этом документе систематически анализируются проблемы, связанные со сваркой медь-титановых разнородных материалов, и дается подробное объяснение ключевых моментов работы и стандартов параметров для основных, зрелых процессов сварки.
I. Ключевые проблемы при сварке меди-титана разнородных металлов
Медь и титан — металлы с совершенно разными физическими и химическими свойствами. Металлургический процесс сварки сложен, а их совместимость крайне плохая, что приводит к большому количеству дефектов, которые в первую очередь проявляются в трех основных проблемах: пористость, трещины в сварном шве и ухудшение свойств соединения.
1. Межзеренные трещины, вызванные эвтектикой с низкой-точкой-плавления. Примесные элементы в меди, такие как висмут, свинец, сера и кислород, образуют с медью различные эвтектические фазы с низкой-точкой плавления-, включая эвтектику меди-висмута при 270 градусах, эвтектику меди-свинца при 326 градусах. и эвтектика оксида меди-меди(I) при 1067 градусах. Эти структуры с низкой-точкой плавления-распределены по границам зерен и весьма склонны вызывать межзеренное хрупкое растрескивание в процессе охлаждения при сварке.
2. Растрескивание из-за водородного охрупчивания на стороне титана. После поглощения водорода при высоких температурах титан образует хрупкую, чешуйчатую-структуру, похожую на гидрид титана, что приводит к сильному водородному охрупчиванию. Это существенно снижает прочность соединения со стороны титана и приводит к образованию трещин.
3. Растрескивание из-за концентрации термических напряжений. Коэффициенты линейного расширения меди и титана различаются более чем в два раза. Во время нагрева и быстрого охлаждения сварного шва два основных металла сжимаются и деформируются с разной скоростью, создавая значительные остаточные сварочные напряжения внутри соединения, что в конечном итоге приводит к растрескиванию сварного шва и зоне термического-воздействия.
II. Основные и проверенные процессы сварки медных и титановых сплавов
Чтобы решить проблему дефектов сварки в разнородных медных-титановых материалах, промышленность провела обширные технологические испытания и подтвердила, что вакуумная диффузионная сварка, сварка TIG, плазменная дуговая сварка, пайка твердым припоем и электронно-лучевая сварка позволяют добиться стабильных сварных швов, создавая соединения с отличными механическими свойствами и контролируемыми дефектами. Среди них вакуумная диффузионная сварка и сварка TIG являются основными процессами, наиболее широко используемыми в промышленности.
(1) Вакуумно-диффузионная сварка (предпочтительный процесс для высокой точности) Вакуумно-диффузионная сварка не требует плавления металлургического процесса и обеспечивает преимущества соединений,-без окисления, эстетичной отделки, минимального количества дефектов и стабильной работы. Это предпочтительный процесс для сварки прецизионных медно--титановых разнородных компонентов и подходит для производства высокоточных-деталей.
1. Предварительная-обработка основного материала перед сваркой - Обработка меди (чистая медь Т2): Тщательно очистите поверхность от масла и загрязнений с помощью трихлорэтилена; протравить в 10% растворе серной кислоты в течение 1 минуты; тщательно промыть дистиллированной водой; затем провести отжиг. Контролируйте температуру отжига между 820 и 830 градусами и выдерживайте в течение 10 минут для устранения внутренних напряжений в основном материале. . - Обработка титана (чистый титан GR2): после обезжиривания и очистки трихлорэтиленом материал подвергается вибрационному травлению в течение 4 минут в водном растворе 2% плавиковой кислоты и 50% азотной кислоты для тщательного удаления поверхностного оксидного слоя. Наконец, его последовательно промывают водой и спиртом, затем -сушат на воздухе и откладывают в сторону для использования.
2. Параметры процесса сварки сердечником: точно соберите предварительно обработанные медные и титановые базовые материалы и поместите их в вакуумную сварочную печь для обработки. Стандартные параметры процесса: температура сварки 810°±10°, сварочное давление 5–10 МПа, время выдержки под давлением 10 минут, стабильно поддерживаемый уровень вакуума в пределах от 1,3332×10⁻⁸ до 1,3332×10⁻⁹ МПа. Процесс можно гибко оптимизировать; ниобий может быть добавлен в качестве промежуточного диффузионного слоя для дальнейшего подавления образования хрупких интерметаллических соединений и улучшения характеристик соединения. При отсутствии особых требований к эксплуатационным характеристикам возможна также прямая сварка с последующей тонкой очисткой поверхности соединения после сварки.
(II) Сварка вольфрамовым инертным газом (TIG) (промышленный процесс общего-назначения, высокая-эффективность) Сварка TIG проста в эксплуатации и легко адаптируется, что делает ее подходящей для серийного производства средних- и больших-размеров медно-композитных компонентов из меди-титана. Оптимизируя расходные материалы и процессы, можно эффективно избежать дефектов сварки. Церий-вольфрамовые электроды являются предпочтительным выбором для сварки; по сравнению с традиционными вольфрамовыми электродами они обеспечивают стабильное зажигание дуги и концентрированный подвод тепла, что не только улучшает качество формирования сварного валика, но и обеспечивает то преимущество, что они экологически безопасны и не-токсичны. Для разнородной сварки хром-медного сплава QCr0,5 и титанового сплава TC2 стандартным отраслевым-решением является использование ниобия в качестве переходного буферного слоя для предотвращения прямой реакции между медью и титаном. В сочетании с защитой аргоном высокой-чистоты 99,8 % это эффективно подавляет окисление, пористость и образование хрупких микроструктур, в конечном итоге создавая высококачественные сварные соединения,-соответствующие требованиям механической и коррозионной стойкости.
Из-за значительных различий в их физических и химических свойствах сварка разнородных медных и титановых сплавов представляет собой три основные технические проблемы: высокий уровень пористости, чувствительность к растрескиванию и охрупчивание соединений. Основные проблемы заключаются в абсорбции газов при высоких-температурах, образовании эвтектик с низкой-точкой плавления-, выделении хрупких интерметаллических соединений и концентрации сварочных напряжений. В реальном промышленном производстве вакуумная диффузионная сварка является предпочтительным методом для высокоточных-компонентов, обеспечивающим стабильность соединений и точность формовки; для обычных промышленных компонентов можно выбрать сварку TIG с оптимизированными процессами, чтобы сбалансировать эффективность производства и качество сварки. Благодаря стандартизированной предварительной обработке основного металла, точному контролю параметров сварки и соответствующему выбору материалов переходного слоя можно эффективно устранить дефекты сварки медных-титановых разнородных материалов, что позволяет комбинировать эти два высокоэффективных-материала и полностью использовать их структурные и функциональные преимущества.
Электронная-почта:garychen3215@hotmail.com ;
Адрес: № 35, улица Баоти, город Баоцзи, провинция Шэньси, Китай.
Контактное лицо: г-н Гэри Чан
Телефон: +86-917-8883215
Мобильное устройство/WhatsApp: +86 13092900605
