¿Cómo soldar titanio y su aleación?

El metal de titanio se ha utilizado para varios campos debido a sus ventajas incomparables, tales como peso ligero, alta resistencia, buena resistencia a altas y bajas temperaturas, excelente resistencia al agrietamiento y resistencia a la corrosión en cloro gaseoso húmedo. Soldar titanio plantea un desafío especialmente importante para muchos soldadores, ya que el metal en sí es bastante novedoso para la mayoría de los sectores industriales. Si bien se pueden usar muchos materiales en la soldadura, ninguno tiene la combinación de durabilidad, flexibilidad y resistencia que se encuentran en el titanio. Esta combinación de características hace que el material sea extremadamente difícil de trabajar y plantea desafíos particulares incluso para trabajadores calificados que están capacitados y experimentados en soldadura. Esto es lo que hace que la soldadura de titanio sea extremadamente exigente. Aquí discutiremos la soldadura de titanio y su aleación, si está interesado, ¡siga leyendo!

Análisis de soldabilidad

  • Fragilidad causada por la contaminación de elementos intersticiales

El titanio es un elemento químico activo a altas temperaturas. El titanio puede absorber hidrógeno rápidamente por encima de 300 ℃, absorber oxígeno rápidamente por encima de 600 ℃ y absorber nitrógeno rápidamente por encima de 700 ℃. Si no se obtiene una protección eficaz durante el proceso de enfriamiento de soldadura y posterior a la soldadura, la plasticidad disminuirá y la fragilidad aumentará. El carbono del material de titanio generalmente se controla por debajo del 0.1%, porque cuando el carbono excede su solubilidad, genera TiC duro y quebradizo con distribución de red, que es fácil de causar grietas.

  • Grieta caliente

Debido al titanio y al titanio, el contenido de impurezas de la aleación es menor, no es fácil producir grietas en caliente, que tienen requisitos de alta calidad para el alambre de soldadura, el alambre de soldadura no calificado causará grietas, capas intermedias y otros defectos, una gran cantidad de impurezas puede causar grietas en caliente en la soldadura.

  • Puede producirse un agrietamiento retardado en la zona afectada por el CALOR

Durante la soldadura, el hidrógeno de la piscina y el metal base en la zona de baja temperatura se difunden a la zona afectada por el CALOR, lo que conduce a la acumulación de hidrógeno en la zona afectada por el calor y provoca grietas en condiciones de estrés adversas.

  • Porosidad

La porosidad es el defecto más común en la soldadura de titanio y aleaciones de titanio. Generalmente es la porosidad de la soldadura y la porosidad de la línea de fusión, la porosidad generalmente se encuentra cerca de la línea de fusión cuando la energía de la línea de soldadura es mayor, pero principalmente en el área de soldadura, especialmente cuando la superficie de soldadura está contaminada por agua y aceite.

Tecnología de soldadura

  • Metodo de soldadura

Método de soldadura GTAW, conexión de corriente continua, mediante encendido de arco de alta frecuencia y atenuación de la máquina de soldadura del dispositivo de extinción de arco.

  • Material de soldadura

La selección del alambre de soldadura debe hacer que la resistencia a la tracción de la costura de soldadura no sea inferior al límite inferior de la resistencia a la tracción estándar del metal base recocido, la plasticidad y la resistencia a la corrosión de la costura de soldadura después del estado de soldadura no sea menor que el recocido metal base o similar al metal base, y la soldabilidad es buena.

La composición química de Alambre ER Ti-2 se muestra en la tabla siguiente.

Alambres de soldaduraTiFeCNO
ERTi-2Balance 0.30.10.050.0150.25
Tabla 1
  • Selección de gas protector y color de soldadura.

La pureza del argón para soldar no debe ser inferior al 99.99%, la humedad debe ser inferior a 50 ml / m³ y el punto de rocío no debe ser superior a -40 ℃. No debe utilizarse cuando la presión del argón embotellado sea inferior a 0.981MPa. El baño de soldadura y el área donde la temperatura de la superficie interna y externa de la junta de soldadura es superior a 400 ℃ están protegidos por gas argón.

Color de las juntas de soldaduraPlata Amarillo claroAmarillo oscuroPúrpura (brillo metálico)Azul (brillo metálico)Blanquecino, amarillo-blanco
Pureza del gas argón99.99%98.7%97.8%97.5%97%96%
Calidad de soldaduraAlta calidadBueno CalificadoCalificadoIncondicional Incondicional
Tabla 2
  • Preparación de soldadura

Se deben tomar medidas efectivas para evitar la disolución mutua entre el acero y el titanio en el proceso de soldadura, mantener el sitio limpio y evitar el uso de herramientas de hierro.

Procesamiento de surcos. Después de cortar el tubo de titanio, se usa la amoladora para pulir la ranura. El ángulo de la ranura es de 30 ° ± 2.5 ° en un lado y el borde romo es de 0.5 ~ 1.5 mm. El procesamiento de la ranura no debe hacer que el metal base produzca una decoloración por sobrecalentamiento. Las superficies interior y exterior de la ranura y sus lados dentro de los 25 mm se limpiarán mediante el siguiente procedimiento: pulido con máquina pulidora - pulido con rueda de papel de lija - limpieza con acetona. Limpie el alambre de soldadura con una esponja mojada en acetona y verifique cuidadosamente si hay grietas y capas intermedias cerca de la ranura del metal base y el alambre de soldadura, y espere a que el extremo seco de la ranura antes de la operación. Si no se puede soldar a tiempo, se debe usar cinta autoadhesiva y una lámina de plástico para proteger la ranura. El tiempo desde la limpieza hasta la soldadura no es más de 2 horas, los guantes de soldador deben estar limpios antes de usarlos deben limpiarse con etanol anhidro (o acetona), evite la fibra de algodón adherida a la superficie del soldador.

  • Parámetros del proceso de soldadura

espesor de pared

Capa de soldadura

Diámetro del electrodo de tungsteno

Corriente de soldadura

Diámetro del cable

El flujo de gas argón

El diámetro de la boquilla

Mango de soldadura

Arrastra la cubierta

Vídeos

3-4

2

2.4

75-95

2.5

11-13

20-22

11-22

12

5-6

3

2.4

90-120

2.5

12-15

20-22

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18

7-8

3-4

3.0

120-160

3.0

12-15

20-22

11-22

18

Vale la pena señalar que, bajo la condición de asegurar una buena formación de soldadura, la soldadura de energía de línea pequeña debe seleccionarse en la medida de lo posible, y la temperatura de la capa intermedia no debe ser superior a 200 ℃ para evitar que el grano crezca durante demasiado tiempo a altas temperaturas. la temperatura. El proceso de soldadura se llevará a cabo bajo la protección del argón: la boquilla del soplete de soldadura se usará para proteger el baño fundido, la cubierta de arrastre del soplete de soldadura se usará para proteger la soldadura caliente y la superficie exterior del área cercana a la junta, y la tubería se llenará con argón para proteger la costura de soldadura y la superficie interior del área cercana a la junta. Cuando se suelda la tubería de titanio de gran diámetro, el soldador utilizará una máscara de gas y una cubierta protectora de mano para proteger la parte posterior de la piscina de soldadura.

Al soldar tubos con un diámetro pequeño u orificio fijo, el papel soluble debe usarse en el lugar donde la superficie del tubo de titanio está a 150-300 mm de la ranura (se debe tomar un valor mayor según la operabilidad) para evitar el selle el papel soluble para que no se dañe por una presión excesiva en el tubo, y luego se debe llenar con gas argón para expulsar el aire del tubo. El argón debe estar completamente precargado antes de soldar, y el argón debe retrasarse después de soldar para enfriar completamente el área de alta temperatura y evitar la oxidación de la superficie.

Inspección de soldadura

El soldador debe limpiar la superficie del cordón para que tenga una buena apariencia.

El ancho debe ser de 2 mm por encima del borde de la ranura. La altura de la punta de soldadura de filete debe cumplir con los requisitos de diseño y la forma debe ser suave. La calidad de la superficie debe cumplir con los siguientes requisitos: no se permiten defectos tales como mordida en los bordes, grietas, no fusión, porosidad, inclusión de escoria y salpicaduras; Altura residual de la soldadura: cuando el grosor de la pared es inferior a 5 mm, 0 ~ 1.5 mm; Cuando el grosor de la pared es superior a 5 mm, es de 1 ~ 2 mm; La cantidad de borde escalonado en la superficie de la soldadura c no debe ser mayor al 10% del espesor de la pared ni mayor a 1 mm.

Las soldaduras del fondo deben ser inspeccionadas con penetración y se considerará que están libres de grietas y cualquier otro defecto de la superficie. Verifique el color de la superficie de cada soldadura, que indica el cambio de color de la película de óxido de la superficie a diferentes temperaturas, y sus propiedades mecánicas no son las mismas. (Ver Tabla 3) Nota: El método de decapado debe usarse para distinguir la oxidación a baja temperatura de la oxidación a alta temperatura.

Puntas de soldadura de acero inoxidable austenítico.

El acero inoxidable austenítico es el tipo de acero inoxidable más utilizado, principalmente el tipo Cr18-Ni8, Cr25-Ni20, Cr25-Ni35. La soldadura de acero inoxidable austenítico tiene características obvias:

  • Soldadura de fisuras en caliente.

El acero inoxidable austenítico es fácil de formar una estructura voluminosa de grano columnar cuando las piezas de la junta de soldadura de alta temperatura y el tiempo de retención son más largos debido a la pequeña conductividad térmica y el gran coeficiente de expansión lineal. En el proceso de solidificación, si el contenido de azufre, fósforo, estaño, antimonio, niobio y otro elemento de impureza es mayor, esto conduce a la formación de eutécticos de bajo punto de fusión entre los granos. Cuando la junta soldada se somete a una alta tensión de tracción, las grietas de solidificación son fáciles de formar en la costura de soldadura y las grietas de licuefacción son fáciles de formar en la zona afectada por el calor, que son las grietas térmicas de la soldadura. El método más efectivo para prevenir el agrietamiento en caliente es reducir los elementos de impurezas que son fáciles de producir eutécticos de bajo punto de fusión en acero y materiales de soldadura y hacer que el acero inoxidable austenítico Cr - Ni contenga 4% ~ 12% de estructura de ferrita.

  • Corrosión intergranular.

Según la teoría del agotamiento del cromo, la precipitación del carburo de cromo en la superficie intergranular, que da como resultado el agotamiento del cromo en el límite de grano, es la principal razón de la corrosión intergranular. Por lo tanto, la elección de grados de carbono ultrabajo o materiales de soldadura que contengan elementos estabilizados como el niobio y el titanio son las principales medidas para prevenir la corrosión intergranular.

  • Corrosión bajo tensión.

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) generalmente se presenta como una falla frágil, y el tiempo de procesamiento de la falla es corto y el daño es grave. La tensión residual de la soldadura es la principal causa de agrietamiento por corrosión bajo tensión en el acero inoxidable austenítico. El cambio de microestructura de la junta soldada o la concentración de tensión de los medios corrosivos locales también son las razones.

  • Fase σ fragilización de uniones soldadas

La fase σ es un tipo de compuesto intermetálico frágil que se concentra principalmente en el límite de grano de los granos columnares. Para el acero inoxidable austenítico Cr-Ni, especialmente para el acero inoxidable Ni-Cr-Mo, es propenso a la transición de fase δ-σ y el cambio será más obvio cuando el contenido de ferrita δ en las uniones soldadas en más del 12%, lo que hace fragilización evidente en el metal de soldadura, es por eso que la cantidad de ferrita delta de la capa de revestimiento de la pared del reactor de hidrogenación de pared caliente se controlará en un 3% ~ 10%.

¿Qué material de soldadura es adecuado para la soldadura de acero inoxidable 304?

Se recomienda material de soldadura tipo 308 cuando se suelda acero inoxidable 304 porque los elementos adicionales en acero inoxidable 308 pueden estabilizar mejor la zona de soldadura. Alambres 308L también son una opción aceptable.

El contenido de carbono del acero inoxidable con bajo contenido de carbono es inferior al 0.03%, mientras que el acero inoxidable estándar puede contener hasta un 0.08% de contenido de carbono. Los fabricantes deben prestar especial atención al uso de materiales de soldadura de L-carbono porque su bajo contenido de carbono reduce la tendencia a la corrosión intergranular. Los fabricantes de soldadura GMAW también utilizan soldaduras 3XXSi como 308LSi or 316LSi porque el Si mejora la humectación de las soldaduras. En los casos en los que la soldadura tiene una joroba alta o donde la conexión de la piscina es deficiente en la punta del filete o la soldadura de solape, el uso de un alambre blindado con aire que contenga Si puede humedecer la soldadura y aumentar la tasa de depósito. Se pueden seleccionar materiales de soldadura Tipo 347 con una pequeña cantidad de Nb si se considera la precipitación de carburo.

¿Cómo soldar acero inoxidable y acero al carbono?

Algunas partes estructurales están soldadas a la superficie del acero al carbono con una capa resistente a la corrosión para reducir costos. Al soldar acero al carbono a metal base de aleación, el uso de material de soldadura con mayor contenido de aleación puede equilibrar la tasa de dilución en la soldadura. Por ejemplo, al soldar acero al carbono y acero inoxidable 304 o 316, así como otros aceros inoxidables diferentes, el alambre o electrodo 309L es una opción adecuada.

Si desea obtener un mayor contenido de Cr, utilice 312 soldadura material. Cabe señalar que la tasa de expansión térmica del acero inoxidable austenítico es un 50% mayor que la del acero al carbono. Al soldar, la diferencia en la tasa de expansión térmica producirá una tensión interna, que conducirá a la fisura. En este caso, es necesario seleccionar el material de soldadura apropiado o especificar el proceso de soldadura apropiado (Fig. 1). Muestra que cuando se suelda acero al carbono y acero inoxidable, la deformación por deformación causada por diferentes tasas de expansión térmica necesita más compensación.

¿Cuál es la preparación previa a la soldadura adecuada?

Antes de soldar, utilice un disolvente sin cloro para eliminar la grasa, las marcas y el polvo para evitar la resistencia a la corrosión del material base de acero inoxidable del acero al carbono. Algunas empresas utilizan un almacenamiento separado de acero inoxidable y acero al carbono para evitar la contaminación cruzada. Cuando se utilizan muelas abrasivas especiales y cepillos con acero inoxidable para limpiar el área alrededor de los biseles, a veces es necesario realizar una limpieza secundaria de las juntas. Debido a que la operación de compensación del electrodo de la soldadura de acero inoxidable es más difícil que la del acero al carbono, la limpieza de la junta es importante.

¿Cuál es el tratamiento posterior a la soldadura correcto?

En primer lugar, recordemos que la razón por la que el acero inoxidable no se oxida es que el Cr y el O reaccionan en la superficie del material para generar una capa de la densa capa de óxido y desempeñar un papel protector. La oxidación del acero inoxidable es causada por la precipitación de carburo y el calentamiento durante el proceso de soldadura, lo que resulta en la formación de óxido de hierro en la superficie de soldadura. Las soldaduras perfeccionadas en el estado de soldadura también pueden producir cortes en el área oxidada en el límite de la zona afectada por el calor de soldadura dentro de las 24 horas. Por lo tanto, para regenerar el nuevo óxido de cromo, el acero inoxidable debe pulirse, decaparse, lijarse o lavarse después de la soldadura.

¿Cómo controlar la precipitación de carburo en acero inoxidable austenítico?

Cuando el contenido de carbono excede el 0.02% a 800-1600 ℉, el C se difunde a los límites de los granos austeníticos y reacciona con Cr en los límites de los granos para formar carburos de cromo. Si el elemento C cura una gran cantidad de Cr, la resistencia a la corrosión del acero inoxidable disminuirá y se producirá corrosión intergranular cuando se exponga a un entorno corrosivo. Los resultados experimentales muestran que la corrosión intergranular ocurre en la zona de soldadura afectada por el calor en el tanque de agua con medios corrosivos. El uso de materiales de soldadura con bajo contenido de carbono o aleaciones especiales puede reducir la tendencia a la precipitación de carburo y mejorar la resistencia a la corrosión. También se pueden agregar Nb y Ti para solidificar C. En comparación con Cr, los elementos Nb y Ti tienen una mayor afinidad con C. grado347 El material de soldadura está diseñado para este propósito.

¿Por qué los alambres de acero inoxidable son magnéticos?

Los aceros inoxidables con estructura austenítica completa no son magnéticos. Sin embargo, la temperatura de soldadura más alta hace que los granos en la microestructura crezcan y la susceptibilidad a agrietarse aumenta después de la soldadura. Para reducir la sensibilidad al agrietamiento térmico, el fabricante de consumibles de soldadura agrega elementos formadores de ferrita al material de soldadura (Fig. 2). La fase de ferrita reduce el tamaño de grano de austenita y aumenta la resistencia al agrietamiento. La siguiente imagen muestra la fase de ferrita (parte gris) distribuida sobre la matriz de austenita en material de soldadura 309L.

El imán no se adhiere firmemente al metal de soldadura austenítico, pero se puede sentir una ligera succión al lanzarlo. Esto también lleva a algunos usuarios a creer que el producto está mal etiquetado o que se usa el material de soldadura incorrecto (especialmente cuando se quita la etiqueta del paquete). La cantidad de ferrita en el material de soldadura depende de la temperatura de servicio de la aplicación. El exceso de ferrita, por ejemplo, reduce la tenacidad a bajas temperaturas. Como resultado, la cantidad de ferrita para los materiales de soldadura de grado 308 utilizados en las tuberías de GNL está entre 3 y 6, mientras que el recuento de ferrita para los materiales de soldadura estándar de Tipo 308 es de 8. En resumen, los materiales de soldadura pueden parecer similares, pero incluso pequeñas diferencias en la composición a veces puede marcar una gran diferencia.

Cómo evitar la porosidad de los alambres de soldadura con núcleo fundente autoprotegidos

En el último artículo presentamos qué es el alambre de soldadura sin cobre y sus ventajas. Como sabemos, hay principalmente dos tipos de alambre de soldadura según su protección: uno es el alambre de soldadura que, basándose en la protección del flujo o del gas, el alambre de soldadura juega como metal de relleno y conductor de electricidad, como la soldadura por arco sumergido, la soldadura de núcleo sólido. alambre y parte de alambre de soldadura con núcleo de fundente utilizado en la soldadura con protección de gas CO2; El otro tipo es el alambre de soldadura con núcleo de fundente sin protección de gas externa, se basa en los elementos de aleación del alambre en sí y la alta temperatura para evitar la invasión de oxígeno, nitrógeno y otros gases en el aire y ajustar la composición del metal de soldadura. , que se llama alambre con núcleo de fundente autoprotegido, es una especie de alambre de soldadura un poco caro pero con potencial.

En la actualidad, el alambre con núcleo de fundente autoprotector se usa ampliamente en la construcción de tuberías, ingeniería oceánica, fabricación de grandes estructuras de acero al aire libre, construcción de estructuras de acero de gran altura, revestimiento de superficies, especialmente la soldadura de estructuras ligeras como acero al carbono delgado y acero galvanizado. lámina. El alambre con núcleo de fundente autoprotector protege la gota y el baño fundido por el gas y la escoria producidos por el agente formador de escoria y gas en el núcleo del arco bajo la acción de alta temperatura, y la porosidad de soldadura o los poros de soldadura Problema común en la soldadura semiautomática de alambre tubular autoprotegido, por lo que analizamos y tomamos algunas medidas de control para evitarlos.

La causa de los poros de soldadura de los alambres de soldadura con núcleo de fundente autoprotegidos

Tasa de enfriamiento de soldadura

Debido a la gravedad del metal líquido en la sección de soldadura vertical, la velocidad de soldadura es más rápida y la profundidad de fusión del paso de soldadura es poco profunda, lo que acelera la velocidad de enfriamiento del metal líquido en la soldadura, reduce el escape de gas y provoca más poros en el paso de soldadura.

Salpicaduras de soldadura

Cuando la salpicadura de óxido metálico adherida al extremo frontal de la boquilla conductora alcanza una cierta cantidad, ingresa al baño fundido con el alambre de soldadura en movimiento. Esto se vuelve más serio con el aumento de la cantidad de metal en el paso de soldadura, lo que resulta en la aparición de porosidad en el paso de soldadura.

Junta de soldadura

La junta de soldadura de la capa de soldadura en caliente, la capa de relleno y la capa de cobertura es fácil de superponer, lo que aumenta la posibilidad de que se formen poros densos en el cordón de soldadura.

Ambiente externo

Cuando el alambre de soldadura se coloca en un ambiente al aire libre con alta humedad, es fácil hacer que el alambre de soldadura se humedezca. Además, si no se toman medidas de protección contra el viento cuando la velocidad del viento es superior a 8 m / s, también es una razón importante para la aparición de poros en el paso de soldadura.

Parámetros del proceso de soldadura

Si hay un rango de ajuste estrecho de los parámetros del proceso de soldadura de la soldadura semiautomática de núcleo fundente autoprotector. Generalmente, el voltaje del arco está entre 18 y 22 V y la velocidad de alimentación del alambre está entre 2000 y 2300 mm / min. De lo contrario, el alto voltaje es fácil de causar que el efecto de protección de la escoria en la superficie del paso de soldadura no sea bueno, es fácil producir poros.


¿Cómo evitar los poros de soldadura?

  • Ajuste el voltaje del arco y los parámetros de soldadura antes de soldar.

La fuente de alimentación de soldadura adopta una fuente de alimentación de CC e inversor, conexión directa de CC (CC-): las piezas de soldadura están conectadas al polo positivo de la fuente de alimentación y la pistola de soldadura está conectada al polo negativo de la fuente de alimentación. El cable de tierra de soldadura está lo más cerca posible del área de soldadura, y se debe confirmar que la conducción es buena (si el cable de tierra está oxidado, si la conexión es firme y no puede haber óxido en el lugar de contacto entre el cable de tierra y el metal base). Si la conducción no es buena, provocará inestabilidad del arco.

Los parámetros de soldadura afectan directamente la calidad de la soldadura. Una corriente demasiado pequeña es fácil de causar una fusión incompleta, escoria y otros defectos, mientras que una corriente demasiado grande es fácil de causar quemaduras, aumento de salpicaduras, hasta la soldadura causada por escoria y goteo de hierro fundido, no se puede aplicar a la soldadura, También es fácil que aparezcan los poros. El voltaje es demasiado bajo, es fácil causar inestabilidad del arco, alambre superior, baño de fusión incompleto e inclusión de escoria. El voltaje es demasiado alto, el arco está demasiado lejos del charco fundido, hay aire involucrado en el charco fundido y se producen agujeros.

Especificaciones Tamaño EmbalajePolaridad
AWS A5.20 E71T-11
AWS A5.20 E71T-GS
0.8mm
0.9mm
1.0mm
1kg
5kg
Conexión de CC, cable de conexión a tierra positivo, pistola de soldadura negativa
  • Ángulo de la antorcha de soldadura

Antes de soldar la capa de cobertura, si la capa de relleno en la sección de soldadura vertical es demasiado baja o demasiado alta, se recortará hasta que la altura de soldadura de la capa de relleno sea aproximadamente 0.5 ~ 1.0 mm más baja que el metal base, antes de la soldadura de se puede realizar el siguiente procedimiento.

  • Controle la longitud de extensión y el ángulo del alambre de soldadura

En general, debe controlarse en 6 ~ 10 veces el diámetro del alambre de soldadura, generalmente 15 ~ 20 mm, ya que el alargamiento en seco es demasiado largo, hará que el alambre de soldadura se derrita demasiado rápido, reduzca la fuerza de soplado del arco. Demasiado corto hará que las salpicaduras de óxido de metal en la parte delantera de la boquilla conductora se acumulen demasiado rápido; Demasiado tiempo reducirá el voltaje del arco y afectará la calidad de la soldadura. Además, debe verificar y limpiar la boquilla conductora antes de soldar. El ángulo del alambre de soldadura generalmente se requiere para mantener 800 ~ 900 entre el alambre de soldadura y la pieza de trabajo para evitar el flujo descendente de escoria fundida y hierro fundido cerca de la posición vertical, lo que afecta la operación de soldadura suave y es propenso a defectos tales como inclusión de escoria y porosidad.

  • Preparación necesaria antes de soldar.

La superficie de las piezas soldadas debe ser uniforme y lisa, y no debe haber óxido, escoria, grasa y otras sustancias nocivas que afecten la calidad de la soldadura.