لحام التيتانيوم: التدريع والمعلمات والتحكم في لون اللحام

لماذا يتطلب لحام التيتانيوم رقابة خاصة؟

التيتانيوم نشط كيميائيا جدا في درجات حرارة مرتفعة. في درجة حرارة الغرفة، يكون محميًا بطبقة من الأكسيد السلبي المستقر، ولكن بمجرد تسخين المعدن إلى ما يزيد عن 400 درجة تقريبًا، فإنه يبدأ في امتصاص الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين والكربون من الغلاف الجوي بمعدل يرتفع بشكل حاد مع درجة الحرارة. في البركة المنصهرة تكون الألفة قوية بما فيه الكفاية بحيث يتأكسد معدن التيتانيوم غير المحمي وينتريد في غضون ثوان.

هذا السلوك هو السبب في أن لحام التيتانيوم يخضع للتحكم في الغلاف الجوي بدلاً من تقنية القوس وحدها. يتمتع التيتانيوم أيضًا بموصلية حرارية منخفضة، لذلك تظل حرارة القوس مركزة بالقرب من اللحام، ومعامل تمدد حراري منخفض نسبيًا، مما يحد من التشوه ويساعد في إنتاج وصلات نظيفة وسليمة عندما يكون التدريع مناسبًا.

كيف تغير العناصر الخلالية خصائص اللحام

نظرًا لأن الأكسجين والنيتروجين يزيدان من الصلابة بينما يدمران المتانة، فإن مظهر اللحام يعد مؤشرًا عمليًا للعملية: تغيير اللون من الفضي إلى الذهبي إلى الأزرق إلى الرمادي يتتبع كمية التلوث الممتص. تحدد معظم درجات التيتانيوم نسبة الكربون إلى 0.10% كحد أقصى، ويتم الاحتفاظ بدرجات نقاء -التجارية الشائعة عند 0.08% كحد أقصى، لذلك يجب أن تكون قطعة العمل وسلك الحشو خالية من الزيت ومركب العلامات قبل اللحام.

التدريع الغاز وحماية زائدة

حماية الشعلة وحدها لا تكفي للتيتانيوم. يتم حماية حوض اللحام بغاز الشعلة، لكن القطعة المتصلبة والمنطقة المتأثرة بالحرارة المجاورة-تظل أعلى من حد التلوث لعدة ثوانٍ بعد مرور القوس. ويجب أن تظل تحت الغاز الخامل حتى تبرد.

استخدم الأرجون بدرجة نقاء 99.99% أو أفضل كغاز الشعلة أو الغاز الزائد أو الغاز الداعم أو غاز التطهير.

قم بتركيب درع خلفي يتبع الشعلة ويغطي الخرزة والمنطقة{0}}المتأثرة بالحرارة على كلا الجانبين.

قم بتطهير الجزء الداخلي من وصلات الأنابيب والأوعية حتى يصل الأكسجين المتبقي إلى نطاق الأجزاء المنخفضة لكل مليون.

تحقق من نقطة الندى ومعدل التدفق عند المخرج، وتجنب الاضطراب الذي يسحب الهواء إلى الدرع.

لا تسمح أبدًا بكسر القوس بينما لا يزال القطب ساخنًا ومكشوفًا؛ يجب أن يستمر التدفق اللاحق-بعد انتهاء القوس.

تحضير المفاصل وتنظيفها قبل اللحام

النظافة ليست اختيارية. يقوم مقياس الأكسيد وسائل القطع وبصمات الأصابع وحبر التحديد وخرطوشة التصنيع بإدخال الكربون أو الهيدروجين أو الأكسجين إلى اللحام.

قم بإعداد حواف اللحام عن طريق التشغيل الآلي بدلاً من الطحن، بحيث لا تبقى أي جزيئات كاشطة أو تلوث مدمج في وجه المفصل.

قم بإزالة الشحوم باستخدام مذيب مناسب، ثم قم بإزالة طبقة الأكسيد بواسطة فرشاة سلك الفولاذ المقاوم للصدأ أو التنظيف الحمضي، ثم امسحها حتى تجف.

تعامل مع الوصلات المجهزة بقفازات نظيفة فقط؛ لا تستخدم نفس الأدوات التي تم استخدامها في الفولاذ الكربوني.

احتفظ بسلك الحشو في عبوته الأصلية حتى قبل الاستخدام مباشرة وامسحه قبل الرضاعة.

يتم اختيار معدن الحشو من تصنيف AWS A5.16، على سبيل المثال ERTi-2 للمعدن الأساسي من الدرجة 2 أو ERTi-5 لـ Ti-6Al-4V، ويجب أن يكون مطابقًا لدرجة المعدن الأساسي والقوة والليونة المطلوبة للمفصل.

معلمات اللحام وممارسة القوس

يتم لحام التيتانيوم عادة عن طريق اللحام بقوس غاز التنغستن مع قطب تيار مباشر سلبي، أو عن طريق قوس البلازما، أو شعاع الإلكترون أو عمليات الليزر لأعمال الإنتاج. القواعد الأساسية متسقة عبر جميع هذه القواعد: انخفاض مدخلات الحرارة، وعدم النسيج، وعدم وجود اختلاف مفرط في سرعة السفر، والتدريع المستمر.

تؤدي ضربات القوس والتناثر والتغيرات المفاجئة في سرعة السفر إلى حدوث تلوث محلي أو تصلب غير متساوٍ. عندما يجب إعادة وضع الوصلة، يجب أن يظل اللحام المكتمل جزئيًا محميًا حتى يبرد تحت عتبة الأكسدة.

ما بعد-معالجة اللحام بالحرارة وقبول لون اللحام

يجب تجنب-المعالجة الحرارية بعد اللحام كلما سمح التصميم بذلك، لأن أي دورة حرارية تزيد من خطر حدوث المزيد من التلوث ونمو الحبوب. إذا كان تخفيف الضغط مطلوبًا، فعادةً ما تظل درجة الحرارة أقل من حوالي 650 درجة ويجب أن يكون جو الفرن مفرغًا أو غازًا خاملًا عالي النقاء. يجب أن تكون قطعة العمل نظيفة قبل دخولها الفرن، حيث أن الزيت المتبقي سوف يتحلل ويترسب الكربون.

يعد لون اللحام هو معيار قبول الخط الأول-القياسي في تصنيعات التيتانيوم. يبدأ التسلسل من اللون الأبيض الفضي-، أي عدم وجود أكسدة، مرورًا بالقش الخفيف، ثم القش العميق والأزرق، إلى الرمادي أو الأبيض، مما يعني أكسدة ثقيلة. تشير اللحامات الفضية والقش الخفيف إلى التدريع المقبول. قد يتم التسامح مع المهام غير المهمة -الأساسية. تشير الأسطح الزرقاء والرمادية إلى وجود لحام ملوث وصلب وهش، وعادة ما تتم إزالة هذه الوصلات وإعادة لحامها-بدلاً من قبولها.

تشتمل عمليات الفحص الداعمة على اجتياز الصلابة عبر منطقة اللحام والحرارة-المتأثرة، واختبار الانحناء، والفحص الشعاعي أو فحص الاختراق للمفاصل النهائية، وبالنسبة لمعدات الضغط، اختبار الضغط المطلوب بموجب كود البناء المعمول به.

التعليمات

س: لماذا يهم لون لحام التيتانيوم كثيرًا؟
يعكس اللون الأكسدة: الفضة تعني التدريع الصحيح، والذهب أو القش يظهر أكسدة طفيفة، والأزرق أو الرمادي يشير إلى تلوث شديد مع انخفاض الليونة والصلابة.

س: ما هو نقاء غاز التدريع المطلوب لحام التيتانيوم؟
يتم استخدام الأرجون بدرجة نقاء 99.99% أو أفضل في الشعلة والغاز الخلفي والغاز الداعم، مع تطهير الجزء الداخلي من المفصل إلى مستوى منخفض جدًا من الأكسجين المتبقي.

س: هل يجب أن يتم طحن حواف اللحام المصنوعة من التيتانيوم أو تشكيلها؟
يتم تشكيل الحواف وليس طحنها، بحيث لا يتم نقل الجزيئات الكاشطة والتلوث المدمج إلى المفصل.

س: هل هناك حاجة إلى-معالجة حرارية ما بعد اللحام للتيتانيوم؟
يتم تجنبه حيث يسمح التطبيق؛ عندما يتم تحديد تخفيف الضغط، عادة ما يتم الاحتفاظ بدرجة الحرارة أقل من حوالي 650 درجة في الفراغ أو الجو الخامل.

س: ما هو معدن الحشو المستخدم في Ti-6Al-4V؟
تتوافق حشوة ERTi-5 بتصنيف AWS A5.16 مع المعدن الأساسي Ti-6Al-4V، بينما تستخدم مفاصل الدرجة الثانية غير المسبوكة عادة ERTi-2.

س: ماذا يحدث إذا امتص التيتانيوم الهيدروجين أثناء اللحام؟
تنخفض صلابة الصدمات بشكل حاد ويؤدي تكوين الهيدريد إلى تكسر المفصل، ولهذا السبب يتم فرض حدود الهيدروجين وإزالة الشحوم الكاملة قبل اللحام.