Koji je razlog zašto se legura titana i aluminijum teško zavaruju?
Titanijumska legura je lagan materijal visoke čvrstoće, otporan na koroziju. Zbog svojih odličnih svojstava ima široku primenu u vazduhoplovstvu, medicinskoj opremi, hemijskoj industriji i drugim oblastima. Međutim, učinak zavarivanja titanijumskih legura je relativno loš, uglavnom iz sljedećih razloga:
Formiranje oksidnog sloja:Čvrsti oksidni sloj se lako formira na površini legure titana. Ovaj oksidni sloj ne samo da povećava poteškoće tokom procesa zavarivanja, već i smanjuje snagu zavarivanja. Prije zavarivanja, obično su potrebne neke posebne metode predobrade, kao što su kiseljenje ili mehaničko poliranje, kako bi se uklonio oksidni sloj i time poboljšale performanse zavarivanja.
Niska toplotna provodljivost:Toplotna provodljivost legure titana je relativno niska, što rezultira velikim temperaturnim gradijentom u blizini šava, što može lako uzrokovati deformaciju zavarivanja i pukotine. Kako bi se smanjio temperaturni gradijent, često je potrebno usvojiti mjere kao što su predgrijavanje i kontrola brzine zavarivanja, što povećava složenost procesa zavarivanja.
Osetljivost na vodonik:Titanijumska legura je osetljiva na vodonik i lako apsorbuje vodonik tokom procesa zavarivanja, što dovodi do vodonične krtosti. Krtost vodikom može uzrokovati krhko lomljenje zavarenih spojeva, tako da je potrebno poduzeti neke mjere, kao što je kontrola sadržaja vodonika u okruženju zavarivanja, kako bi se smanjio rizik od vodonične krtosti.
Selektivno otapanje:Legura titana je sklona selektivnom rastvaranju sa nekim metalnim elementima na visokim temperaturama, formirajući krhku fazu, što utiče na performanse zavarenih spojeva. Stoga, posebnu pažnju treba posvetiti izbjegavanju ovog selektivnog rastvaranja pri odabiru materijala za zavarivanje i procesa zavarivanja.
Visoka tačka topljenja:Relativno visoka tačka topljenja titanijumskih legura zahteva visoke temperature za proces zavarivanja, čime se povećava potrošnja energije i zahtevi opreme za zavarivanje.
Da bi se riješili ovi problemi, zavarivanje titanijumskih legura obično zahtijeva korištenje specijaliziranih procesa zavarivanja, uključujući zavarivanje inertnim plinom, zavarivanje elektronskim snopom, lasersko zavarivanje i druge napredne tehnologije zavarivanja. Osim toga, odabir odgovarajućih materijala za zavarivanje, kontrola parametara zavarivanja i usvajanje metoda predobrade također su važna sredstva za poboljšanje kvaliteta zavarivanja titanijumskih legura.
Ukratko, razlozi zbog kojih je legura titana i aluminijum teško zavarivati su sljedeći:
1. Aluminijum i titanijum lako reaguju sa kiseonikom
⑴ Aluminij reaguje sa kiseonikom da formira gust i vatrostalni Al2O3 (oksidni film) sa tačkom topljenja do 2050 stepeni, što otežava kombinaciju dva osnovna materijala i čini šav sklonim inkluzijama.
⑵Titan počinje da oksidira na 600 stepeni. Što je temperatura viša, oksidacija će biti ozbiljnija, formirajući TiO2 (titanijum dioksid), formirajući međukrti sloj u zavaru, smanjujući plastičnost i žilavost.
2. Aluminij i titan različito reagiraju na različitim temperaturama
⑴. Na 1460 stepeni, aluminijum i titanijum formiraju TiAl (titanijum aluminid) jedinjenje koje sadrži 36,03% masenog udela aluminijuma, što povećava lomljivost metala.
⑵ Aluminijum i titanijum formiraju TiAl3 (titanijum trialuminid) jedinjenje koje sadrži 60% do 64% masenog udela aluminijuma na 1340 stepeni.
⑶ Nakon topljenja aluminijuma i titanijuma, kada je maseni udio titana 0.15%, u aluminijumu se formira čvrsti rastvor titanijuma.
3. Međusobna rastvorljivost aluminijuma i titanijuma je veoma mala
⑴Na 665 stepeni, rastvorljivost titanijuma u aluminijumu je 0.26%~0.28%. Kako temperatura opada, rastvorljivost se smanjuje.
⑵Kada temperatura padne na 20 stepena, rastvorljivost titanijuma u aluminijumu pada na 0,07%, što otežava kombinovanje dva osnovna materijala.
Rastvorljivost aluminijuma u titanijumu je ograničenija, što otežava formiranje šavova između dva osnovna materijala.
4. Aluminijum i titanijum imaju jaku apsorpciju vode na visokim temperaturama.
⑴Tečni aluminijum može rastvoriti veliku količinu vodonika, ali je gotovo nerastvorljiv u čvrstom stanju. Kako se zavar stvrdne, vodonik nema vremena da pobjegne i formira pore.
⑵Vodonik ima visoku rastvorljivost u titanijumu. Na niskim temperaturama, vodonik se akumulira u porama, smanjujući plastičnost i žilavost šava i lako izazivajući krhke pukotine.
5. Aluminijum stvara krhke spojeve sa titanom i drugim nečistoćama
⑴. Oksid formiran od aluminija i kisika povećava lomljivost metala i otežava zavarivanje.
⑵Titan i dušik formiraju titanijum nitrid, koji smanjuje plastičnost metala.
⑶Titanijum i ugljenik formiraju karbide. Kada je maseni udio ugljika veći od 0.28%, zavarljivost oba osnovna metala će se značajno pogoršati.
6. Aluminijum i titanijum različito reaguju na različitim temperaturama
⑴Toplotna provodljivost aluminijuma i titanijuma je veoma različita. Aluminijum (206,9W·m-2·K-1) je približno 16 puta veći od titanijuma (13,8W·m-2·K-1).
⑵Koeficijenti linearne ekspanzije aluminijuma i titana su veoma različiti, a aluminijum je oko 3 puta veći od titanijuma. Sklon pucanju pod pritiskom.
7. Elementi legure u aluminijumu i titanijumu sagorevaju i isparavaju
⑴Kada se aluminij ili legura aluminija tope, elementi s tačkom topljenja nižim od njih, kao što su magnezij, cink, itd., počinju gorjeti ili isparavati.
⑵ Kada se postigne tačka topljenja titanijuma ili legure titana (1677 stepeni), elementi legure kao što je aluminijum više sagorevaju i isparavaju, što dovodi do neujednačenog hemijskog sastava šava i smanjene čvrstoće.
