Dėl kokios priežasties titano lydinį ir aliuminį sunku suvirinti?

Titano lydinys yra lengva, didelio stiprumo, atspari korozijai medžiaga. Dėl puikių savybių jis plačiai naudojamas kosmoso, medicinos įrangos, chemijos pramonės ir kitose srityse. Tačiau titano lydinių suvirinimo savybės yra gana prastos, daugiausia dėl šių priežasčių:
Oksido sluoksnio susidarymas:Titano lydinio paviršiuje lengvai susidaro kietas oksido sluoksnis. Šis oksido sluoksnis ne tik apsunkina suvirinimo procesą, bet ir sumažina suvirinimo stiprumą. Norint pašalinti oksido sluoksnį ir taip pagerinti suvirinimo efektyvumą, prieš suvirinimą paprastai reikia atlikti tam tikrus specialius išankstinio apdorojimo būdus, tokius kaip ėsdinimas arba mechaninis poliravimas.
Žemas šilumos laidumas:Titano lydinio šilumos laidumas yra palyginti mažas, todėl šalia suvirinimo siūlės susidaro didelis temperatūros gradientas, kuris gali lengvai sukelti suvirinimo deformaciją ir įtrūkimus. Norint sumažinti temperatūros gradientą, dažnai reikia imtis tokių priemonių kaip išankstinis pašildymas ir suvirinimo greičio reguliavimas, todėl suvirinimo procesas tampa sudėtingesnis.
Vandenilio jautrumas:Titano lydinys yra jautrus vandeniliui ir lengvai sugeria vandenilį suvirinimo proceso metu, todėl vandenilis tampa trapus. Vandenilio trapumas gali sukelti trapius suvirintų jungčių lūžius, todėl reikia imtis tam tikrų priemonių, pavyzdžiui, kontroliuoti vandenilio kiekį suvirinimo aplinkoje, kad būtų sumažinta vandenilio trapumo rizika.

Atrankinis tirpinimas:Titano lydinys yra linkęs selektyviai tirpti su kai kuriais metalo elementais esant aukštai temperatūrai, sudarydamas trapią fazę, kuri turi įtakos suvirintų jungčių veikimui. Todėl renkantis suvirinimo medžiagas ir suvirinimo procesus reikia skirti ypatingą dėmesį, kad būtų išvengta šio selektyvaus tirpimo.
Aukšta lydymosi temperatūra:Dėl santykinai aukštos titano lydinių lydymosi temperatūros suvirinimo procesui reikia aukštos temperatūros, todėl padidėja energijos sąnaudos ir suvirinimo įrangos reikalavimai.
Norint išspręsti šias problemas, suvirinant titano lydinius paprastai reikia naudoti specializuotus suvirinimo procesus, įskaitant suvirinimą inertinėmis dujomis, elektronų pluošto suvirinimą, suvirinimą lazeriu ir kitas pažangias suvirinimo technologijas. Be to, tinkamų suvirinimo medžiagų parinkimas, suvirinimo parametrų kontrolė ir išankstinio apdorojimo metodų taikymas taip pat yra svarbios priemonės titano lydinių suvirinimo kokybei pagerinti.

Apibendrinant galima pasakyti, kad priežastys, dėl kurių sunku suvirinti titano lydinį ir aliuminį, yra šios:
1. Aliuminis ir titanas lengvai reaguoja su deguonimi
⑴ Aliuminis reaguoja su deguonimi, sudarydamas tankią ir ugniai atsparią Al2O3 (oksido plėvelę), kurios lydymosi temperatūra yra net 2050 laipsnių, o tai trukdo derinti dvi pagrindines medžiagas ir daro siūlę linkusią į intarpus.
⑵Titanas pradeda oksiduotis 600 laipsnių kampu. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo rimtesnė bus oksidacija, susidaranti TiO2 (titano dioksidas), suvirinimo siūlėje susiformuojantis tarpinis trapus sluoksnis, mažinantis plastiškumą ir kietumą.
2. Aliuminis ir titanas skirtingai reaguoja esant skirtingoms temperatūroms
⑴. 1460 laipsnių temperatūroje aliuminis ir titanas sudaro TiAl (titano aluminido) junginį, kurio aliuminio masės dalis yra 36,03 %, o tai padidina metalo trapumą.
⑵ Aliuminis ir titanas sudaro TiAl3 (titano trialuminido) junginį, kurio aliuminio masės dalis yra nuo 60% iki 64% 1340 laipsnių temperatūroje.
⑶ Išlydžius aliuminį ir titaną, kai titano masės dalis yra 0,15%, aliuminyje susidaro kietas titano tirpalas.
3. Aliuminio ir titano abipusis tirpumas yra labai mažas
⑴ Esant 665 laipsniams, titano tirpumas aliuminyje yra 0,26%~0,28%. Kai temperatūra mažėja, tirpumas mažėja.
⑵Kai temperatūra nukrenta iki 20 laipsnių, titano tirpumas aliuminyje sumažėja iki 0,07%, todėl sunku sujungti dvi pagrindines medžiagas.
Aliuminio tirpumas titane yra labiau ribotas, todėl labai sunku sudaryti suvirinimo siūles tarp dviejų pagrindinių medžiagų.
4. Aliuminis ir titanas stipriai sugeria vandenį aukštoje temperatūroje.
⑴ Skystas aliuminis gali ištirpinti didelį kiekį vandenilio, tačiau kietoje būsenoje jis beveik netirpus. Suvirinimo siūlei kietėjant, vandenilis nespėja išeiti ir suformuoti porų.
⑵ Vandenilis gerai tirpsta titane. Esant žemai temperatūrai, vandenilis kaupiasi porose, sumažindamas suvirinimo siūlės plastiškumą ir kietumą bei lengvai sukeldamas trapius įtrūkimus.
5. Aliuminis sudaro trapius junginius su titanu ir kitomis priemaišomis
⑴. Aliuminio ir deguonies suformuotas oksidas padidina metalo trapumą ir apsunkina suvirinimą.
⑵ Titanas ir azotas sudaro titano nitridą, kuris sumažina metalo plastiškumą.
⑶ Titanas ir anglis sudaro karbidus. Kai anglies masės dalis yra didesnė nei 0,28%, abiejų netauriųjų metalų suvirinamumas labai pablogės.
6. Aliuminis ir titanas skirtingai reaguoja skirtingose ​​temperatūrose
⑴ Aliuminio ir titano šilumos laidumas labai skiriasi. Aliuminis (206,9 W·m-2·K-1) yra maždaug 16 kartų didesnis nei titanas (13,8 W·m-2·K-1).
⑵ Aliuminio ir titano linijiniai plėtimosi koeficientai labai skiriasi, o aliuminis yra maždaug 3 kartus didesnis nei titanas. Esant slėgiui linkęs įtrūkti.
7. Aliuminio ir titano lydinio elementai dega ir išgaruoja
⑴Kai aliuminis arba aliuminio lydinys tirpsta, elementai, kurių lydymosi temperatūra žemesnė už jį, pvz., magnis, cinkas ir kt., pradeda degti arba išgaruoti.
⑵ Pasiekus titano arba titano lydinio lydymosi temperatūrą (1677 laipsnių), lydinio elementai, tokie kaip aliuminis, labiau dega ir išgaruoja, todėl suvirinimo siūlės cheminė sudėtis tampa netolygi ir sumažėja stiprumas.