لحام أجزاء سبائك التيتانيوم: نقاط التحكم الرئيسية في العملية

يعتبر لحام أجزاء سبائك التيتانيوم أقل تسامحًا بكثير من لحام الفولاذ، لأن التيتانيوم يتفاعل مع الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين والكربون عند درجة حرارة مرتفعة. فوق 400 درجة تقريبًا، يتوقف السطح عن الحماية الذاتية-، وسوف يمتص حوض السباحة المنصهر أي غاز أو تلوث يقابله، مما يؤدي إلى إنتاج المسامية والتقصف وفقدان الليونة التي لا يمكن لأي عملية ما بعد -اللحام عكسها. وبالتالي، يبدأ التحكم في العملية قبل وقت طويل من حدوث القوس ويستمر بعد إخماده.

ما قبل-التحضير والتنظيف لللحام

تدخل الزيوت والشحوم والغبار والرطوبة والشوائب الأخرى الموجودة على سطح التيتانيوم إلى اللحام وتشكل المسام والشوائب غير المعدنية، لذا فإن التنظيف هو نقطة التحكم الأولى. يتم نقع الأجزاء الصغيرة في مذيب مناسب مثل الأسيتون أو الكحول لفترة، ثم يتم مسحها بقطعة قماش خالية من الوبر-؛ يجب السماح للمذيب بالوميض تمامًا قبل اللحام، لأن البخار المحصور هو في حد ذاته مصدر للمسامية.

والخطوة الثانية هي إزالة فيلم الأكسيد. يشكل التيتانيوم تلقائيًا طبقة كثيفة من ثاني أكسيد التيتانيوم تكون درجة انصهارها أعلى بكثير من درجة انصهار المعدن نفسه، وإذا لم تتم إزالتها فسيظهر اللحام نقصًا في الانصهار. تستخدم الإزالة الميكانيكية ورقًا كاشطًا ناعمًا، يتراوح حجمه ما بين 200 إلى 400 حبيبة رملية، أو فرشاة سلكية من الفولاذ المقاوم للصدأ، تعمل في اتجاه واحد فقط لتجنب خدش السطح وتلويثه، ويتبع ذلك اللحام بأسرع ما يمكن للحد من إعادة الأكسدة. تستخدم الإزالة الكيميائية مخللًا مختلطًا من حمض الهيدروفلوريك وحمض النيتريك، الأمر الذي يتطلب رقابة صارمة على وقت التخليل وتركيز المحلول لأن الحمض يهاجم المعدن بمجرد اختفاء الأكسيد. يجب ألا تلمس الفرش السلكية والمواد الكاشطة التي سبق استخدامها على الفولاذ التيتانيوم أبدًا، لأن الحديد المدمج هو سبب كلاسيكي للتآكل اللاحق.

تصميم مشترك، وملاءمة-وتثبيت

تعتبر المفاصل التناكبية هي التكوين الأكثر شيوعًا لأنها تعطي خواص ميكانيكية أفضل مع تركيز إجهاد أقل من المفاصل اللفة أو -المفاصل. عندما يتم تصميم وصلة تناكبية، يجب أن يكون للجزأين سمك متطابق وفجوة جذر مناسبة، عادةً من 0.5 مم إلى 1.5 مم، للسماح بترسيب معدن الحشو وهروب الغاز من الجذر. دقة المطابقة- لها نفس القدر من الأهمية: يجب أن يكون الاتصال محكمًا وأن تظل المحاذاة الخاطئة صغيرة، وبشكل عام لا تتجاوز حوالي 10% من سمك الجزء للهياكل-عالية الدقة. يؤدي الضبط الدقيق-إلى تقليل إجهاد التقييد والتشوه، وهو ما يؤدي بدوره إلى تقليل خطر التشقق. يجب ألا تتفاعل المشابك المستخدمة في التجميع مع التيتانيوم؛ تعتبر المشابك المصنوعة من سبائك النحاس والفولاذ المقاوم للصدأ هي الاختيار المعتاد، ويجب تنظيفها قبل الاستخدام.

طريقة اللحام والتحكم في المعلمات

يعتبر اللحام بغاز التنغستن الخامل هو العمود الفقري للتيتانيوم، حيث يوفر جودة لحام عالية ومستقرة على الصفائح الرقيقة والهياكل الدقيقة. يعمل اللحام بالغاز الخامل المعدني بشكل أسرع ويناسب الألواح المتوسطة إلى السميكة، بينما ينتج لحام شعاع الإلكترون نسبة عرض عالية -إلى- للأجزاء التي تحتاج إلى شكل محكم وتحكم في الأبعاد، وبتكلفة أعلى للمعدات. يتم اختيار الطريقة على أساس السُمك والهندسة ومتطلبات الجودة ومعدل الإنتاج، ثم يتم تثبيت المعلمات وتسجيلها.

يتطابق التيار مع السُمك وتتطابق سرعة السير مع التيار: يبرد التمرير السريع بسرعة ويمكن أن يترك نقصًا في الانصهار، في حين أن التمرير البطيء يسبب حرارة زائدة ويخشن البنية المجهرية للحام. يجب أن يكون تدفق غاز التدريع معتدلاً، وتعتمد القيمة الفعلية على طريقة اللحام وشكل الوصلة وحجم الجزء.

التحكم في البيئة -ومعالجة ما بعد اللحام

يجب أن تظل منطقة اللحام نظيفة وجافة وخالية من الغبار والرقائق وغيرها من الملوثات، ويجب أن تظل الرطوبة المحيطة منخفضة قدر الإمكان. يلتقط التيتانيوم الهيدروجين أثناء اللحام، كما أن الجو الرطب يرفع محتوى الهيدروجين في اللحام، مما يؤدي إلى التقصف الهيدروجيني؛ التجفيف هو الإجراء المضاد القياسي. تعمل الرياح على تشتيت غاز التدريع وتترك المعدن الساخن بدون حماية، لذلك يتم استخدام شاشات اللحام أو الستائر العازلة حول منطقة العمل لحماية غلاف الغاز.

بعد اللحام، تتم إزالة الخبث والرش والمخلفات الأخرى على الفور. عادةً ما تكون لحامات TIG ناعمة ولكنها قد تظهر صبغة أكسدة خفيفة يتم تنظيفها بفرشاة سلكية من الفولاذ المقاوم للصدأ، بينما تحتاج لحامات MIG عمومًا إلى مزيد من التنظيف بسبب التناثر، ويتم بعد ذلك فحص اللحامات النظيفة بحثًا عن المسام والشقوق السطحية. يتم تخفيف الإجهاد المتبقي عن طريق التلدين الفراغي أو التلدين في جو وقائي عند حوالي 550 درجة إلى 700 درجة، مع وقت الاحتفاظ على أساس سمك الجزء وحجمه متبوعًا بالتبريد البطيء؛ يمكن أيضًا استخدام الطرق الميكانيكية مثل التنعيم أو التمدد المتحكم به، ولكن يجب أن يكون التشوه محدودًا بحيث يتم الحفاظ على دقة الأبعاد. وأخيرًا، يمكن حماية السطح بطبقة مقاومة للتآكل-أو بالتخميل الكيميائي الذي يعيد بناء طبقة سلبية كثيفة.

الأسئلة المتداولة

س: لماذا يجب تنظيف أجزاء سبائك التيتانيوم قبل اللحام؟
يتحلل الزيت والشحوم والغبار والرطوبة في القوس ويدخل إلى اللحام كمسام وشوائب، لذلك يتم تنظيف الوصلة باستخدام الأسيتون أو الكحول ومسحها بقطعة قماش خالية من الوبر- قبل ضرب القوس.

س: كيف تتم إزالة طبقة الأكسيد من وصلة لحام التيتانيوم؟
عن طريق وسائل ميكانيكية مثل ورق صنفرة من 200 إلى 400 حبيبة رملية أو فرشاة سلكية نظيفة من الفولاذ المقاوم للصدأ تعمل في اتجاه واحد، أو عن طريق مخلل حمض الهيدروفلوريك وحمض النيتريك مع التحكم الدقيق في الوقت والتركيز.

س: ما هي فجوة الجذر واختلال المحاذاة المقبولة؟
عادة ما تكون فجوة جذر المفصل المؤخرة من 0.5 مم إلى 1.5 مم للسماح بترسيب الحشو وهروب الغاز، ويتم الاحتفاظ بالمحاذاة الخاطئة بشكل عام أقل من حوالي 10٪ من سمك الجزء.

س: ما هي معلمات TIG المستخدمة لصفائح سبائك التيتانيوم مقاس 1-2 مم؟
يتراوح تيار اللحام عادةً من 80 أمبير إلى 120 أمبير، وجهد القوس من 10 إلى 15 فولت وسرعة السير من 10 سم/دقيقة إلى 15 سم/دقيقة، مع تعديل القيم وفقًا للمفاصل والتركيبات الفعلية.

س: ما أهمية نقاء الأرجون عند لحام التيتانيوم؟
يمتص التيتانيوم الأكسجين والنيتروجين عند درجة حرارة عالية، لذا يجب أن تكون نقاء غاز التدريع 99.99% أو أعلى، مع تدفق أمامي من 10 لتر/دقيقة إلى 20 لتر/دقيقة وتدفق خلفي من 5 لتر/دقيقة إلى 10 لتر/دقيقة.

س: كيف يتم تخفيف الضغط المتبقي بعد اللحام؟
عن طريق التلدين بالفراغ أو التلدين في جو وقائي عند حوالي 550 درجة إلى 700 درجة مع ثبات قائم على السمك - وتبريد بطيء، أو عن طريق التقشر الميكانيكي الذي يتم التحكم فيه حيث تسمح حدود التشوه.