Titanlegierungen werden aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit und hervorragenden Korrosionsbeständigkeit häufig in der Luft- und Raumfahrt, der chemischen Industrie und im Schiffsbau eingesetzt. Allerdings weist Titan eine extrem hohe chemische Reaktivität auf. Wenn die Temperatur den Bereich von 500-700 Grad überschreitet, absorbiert es stark Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff aus der Luft. Dies führt zu Schweißrissen und einer Verringerung der Plastizität, was die Verbindungsleistung erheblich beeinträchtigt. Daher wird beim Schweißen von Titanlegierungen das Argon-Lichtbogenschweißverfahren (WIG) verwendet, um das Schmelzbad und die Hochtemperaturbereiche der Schweißnaht mit Temperaturen über 400 bis 650 Grad Celsius zu schützen, und ein großer Schweißbrenner wird verwendet, um die Gasschutzzone zu erweitern. Wenn die Düse die Schweißnaht und das Hochtemperaturmetall in der Nähe der Schweißnaht nicht wirksam abdecken kann, sollte eine Argongas-Schutzabdeckung hinzugefügt werden, um während des gesamten Prozesses eine vollständige Isolierung von der Luft zu gewährleisten.
Vor-Vorbereitung und Nutgestaltung
Oberflächenreinigung
Die Oberflächenqualität der Schweißverbindung und des Schweißdrahtes bestimmt direkt die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung. Vor dem Schweißen sollten das Prüfstück und der Schweißdraht einer Säurewaschbehandlung unterzogen werden, gefolgt von einem Spülen mit klarem Wasser und einem Trocknen. Anschließend sollte sofort mit dem Schweißen begonnen werden. Wenn keine sauren Waschbedingungen verfügbar sind, können organische Lösungsmittel wie Aceton, Ethanol, Tetrachlorkohlenstoff oder Methanol verwendet werden, um die Nut der Titanplatte und die Bereiche innerhalb von 50 mm auf beiden Seiten, die Oberfläche des Schweißdrahts und die Teile der Werkzeugvorrichtung, die mit der Titanplatte in Kontakt kommen, sorgfältig abzuwischen und dabei Oxidablagerungen, Ölflecken und andere organische Substanzen gründlich zu entfernen.
Schweißgeräte
Für das Lichtbogenschweißen von Titan und Titanlegierungen sollte eine DC-Argon-Lichtbogenschweißstromquelle mit absteigender äußerer Charakteristik und einer Hochfrequenz-Lichtbogenstartfunktion ausgewählt werden. Um zu verhindern, dass die Schweißnaht beim Abkühlen oxidiert oder verunreinigt wird, sollte das Schweißgerät auf eine Nachgaszufuhrzeit von mindestens 15 Sekunden eingestellt werden. In diesem Beispiel wird das Gleichstrom-Impuls-Argon-Lichtbogenschweißgerät vom Typ WSM-315 mit IGBT-Wechselrichter ausgewählt, das die oben genannten Anforderungen erfüllen kann.
Schweißmaterialien
Die Anforderungen an das Schutzgas Argon lauten wie folgt: Die Reinheit muss mindestens 99,99 % betragen, der Taupunkt sollte unter -40 Grad liegen und die relative Luftfeuchtigkeit sollte unter 5 % liegen. Wenn der Druck im Inneren der Argonflasche auf 0,981 MPa abfällt, muss die Verwendung gestoppt werden, um die Schutzwirkung sicherzustellen. Grundsätzlich sollte der eingefüllte Schweißdraht aus dem gleichen Material wie das Grundmetall sein; Um die Plastizität der Verbindung zu verbessern, kann auch ein etwas weniger legierter Schweißdraht, beispielsweise TC3, gewählt werden.
Rillenform
Das Nutdesign sollte die Anzahl der Schweißschichten und die Menge an Schweißzusatzwerkstoff minimieren, da eine Erhöhung der Anzahl der Schichten zu einer Erhöhung der kumulativen Gasabsorption der Schweißnaht führt, was zu einer Verschlechterung der Verbindungsleistung führt. Da das Schmelzbad beim Schweißen von Titanlegierungen groß ist, sollte die Schweißnaht mit einer einzelnen V--förmigen Nut bearbeitet werden, wobei der Winkel auf 70 bis 80 Grad eingestellt werden sollte.
Schweißprozessparameter und Kontrollpunkte
SchweißenProzessparameter und Kontrollpunkte
Angemessene Prozessparameter sind der Schlüssel zur Sicherstellung der Schweißqualität. Während des Betriebs ist es notwendig, die Durchflussrate und Geschwindigkeit des Argongases genau zu steuern, um turbulente Strömungen zu vermeiden, die die Schutzwirkung schwächen. Das manuelle Wolfram-Inertgasschweißen eignet sich zum Schweißen von dünnen Titanplatten und mitteldicken Titanplatten. Bei entsprechender Wahl der Parameter kann eine zufriedenstellende Schweißqualität erreicht werden. Darüber hinaus sollten alle Reinigungsvorgänge schnellstmöglich abgeschlossen und Schweißarbeiten zeitnah durchgeführt werden, um Sekundärverschmutzungen vorzubeugen.
Häufige Defekte und ihre Reparaturmechanismen
Kalte Risse (verzögerte Risse)
Beim Schweißen von Titan und Titanlegierungen ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung Heißrisse erzeugt, äußerst gering. Dies liegt daran, dass die Materialien nur sehr wenige Verunreinigungen wie Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff enthalten, die nur schwer Eutektika mit niedrigem -Schmelzpunkt- bilden können, und der effektive Kristallisationstemperaturbereich eng ist, mit einer geringen Erstarrungsschrumpfung. Allerdings können in der Wärmeeinflusszone Kaltrisse auftreten, die sich bereits wenige Stunden oder sogar länger nach dem Schweißen bemerkbar machen und daher als verzögerte Risse bezeichnet werden.
Die Bildung verzögerter Risse hängt eng mit dem Verhalten von Wasserstoff zusammen: Während des Schweißprozesses diffundiert Wasserstoff aus dem Schmelzbad mit hoher{0}}Temperatur in die Wärmeeinflusszone mit niedrigerer{1}}Temperatur-, wodurch der Wasserstoffgehalt in diesem Bereich erhöht wird. Es bilden sich spröde TiH₂-Phasen, gleichzeitig kommt es zur Ausfällung der Wasserstoffverbindungen, wodurch es aufgrund der Volumenausdehnung zu großen Gefügespannungen kommt. Darüber hinaus sammeln sich Wasserstoffatome in Bereichen mit hoher -Beanspruchung an, was letztendlich zur Entstehung und Ausbreitung von Rissen führt.
Porosität
Porosität ist ein weiterer häufiger Fehler beim Schweißen von Titanlegierungen. Seine grundlegende Ursache hängt auch mit Wasserstoff zusammen. Die Löslichkeit von Wasserstoff in -Ti ist äußerst gering und beträgt bei Raumtemperatur nur etwa 0,002 % (Massenanteil). Wenn die Schweiß- oder Wärmeeinflusszone unter 300 Grad abkühlt, fällt der übersättigte Wasserstoff in Form von Titanhydrid (Phase) aus, begleitet von Volumenausdehnung und interkristalliner Spannung. Dadurch kann es zu intergranularen Mikrorissen kommen. Diese Mikrorisse dehnen sich unter Einwirkung äußerer Kräfte zu makroskopischen Rissen aus, und das Vorhandensein von Porosität verringert die Ermüdungsfestigkeit der Verbindung erheblich.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Schlüssel zum Erfolg des Schweißens von Titanlegierungen in der Reinigung vor dem Schweißen, der Verhinderung von Oxidation und Wasserstoffabsorption während des gesamten Prozesses, dem Schutz vor hochreinem Argongas, einem angemessenen Nutdesign und einer präzisen Prozesssteuerung liegt. Das manuelle Wolfram-Inertgasschweißen in Kombination mit einem abgeschirmten Abdeckplattenschutz ist in der aktuellen technischen Praxis eine wirksame Lösung, mit der stabil hochwertige Schweißverbindungen erzielt werden können, die den Nutzungsanforderungen entsprechen.
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