Aký je dôvod, prečo sa zliatina titánu a hliník ťažko zvárajú?
Zliatina titánu je ľahký, vysoko pevný materiál odolný voči korózii. Pre svoje vynikajúce vlastnosti má široké využitie v leteckom a kozmickom priemysle, zdravotníckych zariadeniach, chemickom priemysle a iných oblastiach. Zvárací výkon titánových zliatin je však relatívne slabý, najmä z nasledujúcich dôvodov:
Tvorba oxidovej vrstvy:Na povrchu titánovej zliatiny sa ľahko vytvorí pevná vrstva oxidu. Táto vrstva oxidu nielen zvyšuje náročnosť procesu zvárania, ale tiež znižuje pevnosť zvárania. Pred zváraním sú zvyčajne potrebné niektoré špeciálne metódy predbežnej úpravy, ako je morenie alebo mechanické leštenie, aby sa odstránila vrstva oxidu a tým sa zlepšil zvárací výkon.
Nízka tepelná vodivosť:Tepelná vodivosť titánovej zliatiny je relatívne nízka, čo má za následok veľký teplotný gradient v blízkosti zvaru, čo môže ľahko spôsobiť deformáciu zvárania a praskliny. Aby sa znížil teplotný gradient, je často potrebné prijať opatrenia, ako je predhrievanie a kontrola rýchlosti zvárania, čo zvyšuje zložitosť procesu zvárania.
Citlivosť na vodík:Titánová zliatina je citlivá na vodík a ľahko absorbuje vodík počas procesu zvárania, čo vedie k vodíkovému krehnutiu. Vodíkové skrehnutie môže spôsobiť krehké lámanie zvarových spojov, preto je potrebné prijať určité opatrenia, ako je kontrola obsahu vodíka v prostredí zvárania, aby sa znížilo riziko vodíkového skrehnutia.
Selektívne rozpúšťanie:Zliatina titánu je náchylná na selektívne rozpúšťanie s niektorými kovovými prvkami pri vysokých teplotách, pričom vytvára krehkú fázu, ktorá ovplyvňuje výkon zvarových spojov. Preto je pri výbere zváracích materiálov a zváracích procesov potrebné venovať osobitnú pozornosť tomu, aby sa zabránilo tomuto selektívnemu rozpúšťaniu.
Vysoká teplota topenia:Relatívne vysoká teplota topenia titánových zliatin vyžaduje vysoké teploty pre proces zvárania, čím sa zvyšuje spotreba energie a požiadavky na zváracie zariadenia.
Na vyriešenie týchto problémov zváranie titánových zliatin zvyčajne vyžaduje použitie špecializovaných zváracích procesov, vrátane zvárania v ochrannej atmosfére inertného plynu, zvárania elektrónovým lúčom, laserového zvárania a iných pokročilých zváracích technológií. Okrem toho je dôležitým prostriedkom na zlepšenie kvality zvárania zliatin titánu výber vhodných zváracích materiálov, kontrola parametrov zvárania a prijatie metód predbežnej úpravy.
Stručne povedané, dôvody, prečo sa zliatina titánu a hliník ťažko zvárajú, sú nasledovné:
1. Hliník a titán ľahko reagujú s kyslíkom
⑴ Hliník reaguje s kyslíkom za vzniku hustého a žiaruvzdorného Al2O3 (oxidový film) s teplotou topenia až 2050 stupňov, čo bráni kombinácii dvoch základných materiálov a robí zvar náchylným na inklúzie.
⑵Titan začína oxidovať pri 600 stupňoch. Čím vyššia je teplota, tým závažnejšia bude oxidácia, pričom sa vytvorí TiO2 (oxid titaničitý), ktorý vytvorí medzivrstvu vo zvare, čím sa zníži plasticita a húževnatosť.
2. Hliník a titán reagujú pri rôznych teplotách odlišne
⑴. Pri 1460 stupňoch hliník a titán tvoria zlúčeninu TiAl (aluminid titánu) obsahujúcu 36,03 % hmotnostného frakcie hliníka, čo zvyšuje krehkosť kovu.
⑵ Hliník a titán tvoria zlúčeninu TiAl3 (trialuminid titánu) obsahujúcu 60 % až 64 % hmotnostného podielu hliníka pri 1340 stupňoch.
⑶ Po roztavení hliníka a titánu, keď je hmotnostný podiel titánu 0,15 %, sa v hliníku vytvorí tuhý roztok titánu.
3. Vzájomná rozpustnosť hliníka a titánu je veľmi malá
⑴Pri 665 stupňoch je rozpustnosť titánu v hliníku 0,26 %~0,28 %. Keď teplota klesá, rozpustnosť klesá.
⑵Keď teplota klesne na 20 stupne, rozpustnosť titánu v hliníku klesne na 0,07 %, čo sťažuje spojenie týchto dvoch základných materiálov.
Rozpustnosť hliníka v titáne je obmedzenejšia, čo veľmi sťažuje vytváranie zvarov medzi dvoma základnými materiálmi.
4. Hliník a titán majú silnú absorpciu vody pri vysokých teplotách.
⑴Kvapalný hliník dokáže rozpustiť veľké množstvo vodíka, ale v pevnom stave je takmer nerozpustný. Keď zvar tuhne, vodík nemá čas uniknúť a vytvárať póry.
⑵Vodík má vysokú rozpustnosť v titáne. Pri nízkych teplotách sa vodík hromadí v póroch, čím sa znižuje plasticita a húževnatosť zvaru a ľahko vznikajú krehké trhliny.
5. Hliník tvorí krehké zlúčeniny s titánom a inými nečistotami
⑴. Oxid tvorený hliníkom a kyslíkom zvyšuje krehkosť kovu a sťažuje zváranie.
⑵Titan a dusík tvoria nitrid titánu, ktorý znižuje plasticitu kovu.
⑶Titan a uhlík tvoria karbidy. Keď je hmotnostný zlomok uhlíka väčší ako 0,28 %, zvárateľnosť oboch základných kovov sa výrazne zhorší.
6. Hliník a titán reagujú pri rôznych teplotách odlišne
⑴ Tepelná vodivosť hliníka a titánu je veľmi odlišná. Hliník (206,9W·m-2·K-1) je približne 16-krát väčší ako titán (13,8W·m-2·K-1).
⑵ Koeficienty lineárnej rozťažnosti hliníka a titánu sú veľmi odlišné a hliník je asi 3-krát väčší ako titán. Náchylné na praskanie pod tlakom.
7. Zliatinové prvky v hliníku a titáne horia a vyparujú sa
⑴Keď sa hliník alebo zliatina hliníka roztopia, prvky s bodmi topenia nižšími, ako je horčík, zinok atď., začnú horieť alebo sa vyparovať.
⑵ Keď sa dosiahne bod topenia titánu alebo titánovej zliatiny (1677 stupňov), zliatinové prvky ako hliník horia a viac sa vyparujú, čo vedie k nerovnomernému chemickému zloženiu zvaru a zníženiu pevnosti.
