チタン溶接に影響を与える要因は何ですか?

溶接はチタン機器の製造において極めて重要なプロセスを構成し、その選択がチタン部品の設計構造と特定の用途条件に依存するさまざまな方法を提供します。

溶接方法を選択するための指針は、溶接継手の品質の保証、生産効率の向上、操作の容易さ、および費用対効果を優先します。 これらのうち、最も重要な焦点は溶接の品質を確保することにあります。 溶接品質に影響を与えるすべての要因を包括的に理解することによってのみ、溶接継手の品質を保証するという目的を実現することができます。

1.溶接金属特性に対するガス不純物の影響

高い化学反応性を有するチタンは、周囲空気中の酸素および窒素に対して顕著な親和性を示す。 より低い温度では、チタンは酸素と反応し、高密度の酸化膜を形成する。 温度が上昇すると、酸化膜が厚くなり、摂氏600度を超えると、チタンは酸素の吸収と溶解を開始します。 酸素の影響は、高温で強まり、酸化チタンの活発な形成につながる。 水素吸収は300 ℃ を超えて始まり、窒素吸収は700 ℃ を超えて始まる。 酸素は、窒素に比べて大きな影響を及ぼす。

0.01% から0.05% の質量分率の範囲内の水素鍛造溶接チタン、溶接金属の衝撃靭性を大幅に低下させ、可塑性を比較的わずかに低下させます。これは水素脆化と呼ばれる現象です。 水素はまた、溶接多孔性の根本原因としても働く。

融合溶接中、溶融プールはミニチュア冶金炉として機能し、溶融金属を大気にさらします。 溶融金属を空気から分離するための適切な保護手段がなければ、酸素、窒素、水素などのガスがチタンに浸透し、脆い酸化物または窒化物を形成します。 これにより、溶接金属の可塑性が低下し、引張強度が上昇し、壊滅的な脆性破壊につながり、可塑性が無効になる可能性があります。

2.溶接金属特性に対する他の不純物の影響

ガス不純物を超えて、汚れた溶接環境、汚れた手袋との接触、または油、綿繊維、錆、湿気の存在に起因する他の汚染物質が溶融プールに入る可能性があります。そして有機化合物。 これらの不純物は、高いアーク温度の下で分解を受け、チタンに溶解する。 溶解度限界を超えると、二酸化チタン、水素化チタン、窒化チタン、及び炭化チタンなどの化合物が形成される。 溶融プールの結晶化中に組み込まれたこれらの化合物は、外側の領域に歪みを引き起こし、の機械的特性を変化させますチタンワイヤーと溶接チタンチューブを使用します。

少量の微量元素の取り込みは許容可能であるか、または望ましいことでさえあるが、過剰な不純物元素、特に有機不純物は厳しく禁止されている。 このような不純物は、チタン溶接の機械的特性を低下させ、耐食性を低下させ、特に風の強い条件で溶接多孔性の原因として機能します。

3.溶接金属と熱に影響されるゾーンの構造変化

チタンは同素体変換を受け、固体変換は886 °Cで始まります。 この温度以下では、結晶構造は六角形 (α-チタン) であり、886 °Cを超える体心立方晶 (β-チタン) に移行します。 溶融プールの液体から固体への移行中に発生するこの急速な変換は、結晶形態に影響を与えます。 より長い瞬間は柱状結晶の成長に有利に働きます。 チタンの特性 (高融点、大熱容量、熱伝導率の低さ) により、溶接中のエネルギー入力と強制冷却は、高温条件では溶融プールに異なる影響を与えます。 わずかに長い瞬間は、溶融プール内の円柱状の結晶成長を促進し、ジョイントの熱影響ゾーンを拡張し、溶接ジョイントの可塑性の低下に寄与します。 引張強度の故障は、熱の影響を受けたゾーンで現れることがよくあります。 これを軽減するために、より小さな溶接エネルギーとより速い冷却速度を含む、より柔らかい溶接仕様がチタン溶接に推奨されます。

4.チタンの一般的な溶接欠陥としての多孔性

多孔性は、溶接中に液体金属に組み込まれたガスに起因するチタン溶接の一般的な欠陥です。 拡散、脱溶媒和、核形成、成長などのプロセスにより、気泡が形成されます。 溶融プールの迅速な固化と結晶化により、気泡は固体金属の細孔として残ります。 水素や一酸化炭素などの多孔性を引き起こすガスは、主に有機物汚染物質のアーク熱に由来します。 完全な溶接前の洗浄と保護があっても、多孔性は風の強い条件でも持続する可能性があり、重要な汚染源の不完全な除去を強調しています。 さまざまな空気湿度環境での比較実験によって証明されるように、空気中の水分は見過ごされがちですが、多孔性の重要な原因として現れます。