Comment souder le titane et son alliage ?

Le titane métallique a été utilisé dans divers domaines en raison de ses avantages inégalés, tels que poids léger, haute résistance, bonne résistance aux températures élevées et basses, excellente résistance aux fissures et résistance à la corrosion dans le chlore gazeux humide. Le soudage du titane pose un défi particulièrement important à de nombreux soudeurs, car le métal lui-même est plutôt nouveau pour la plupart des secteurs industriels. Alors que de nombreux matériaux peuvent être utilisés pour le soudage, aucun n'a la combinaison de durabilité, de flexibilité et de résistance que l'on trouve dans le titane. Cette combinaison de caractéristiques rend le matériau extrêmement difficile à travailler et pose des défis particuliers, même pour les travailleurs qualifiés qui sont formés et expérimentés dans le soudage. C'est ce qui rend le soudage du titane extrêmement exigeant. Ici, nous allons discuter du soudage du titane et de son alliage, si vous êtes intéressé, lisez la suite !

Analyse de soudabilité

  • Fragilité causée par la contamination des éléments interstitiels

Le titane est un élément chimique actif à haute température. Le titane peut absorber l'hydrogène rapidement au-dessus de 300℃, absorber l'oxygène rapidement au-dessus de 600℃ et absorber l'azote rapidement au-dessus de 700℃. Si aucune protection efficace n'est obtenue pendant le processus de soudage et de refroidissement après soudage, la plasticité diminuera et la fragilité augmentera. Le carbone du matériau titane est généralement maîtrisé en dessous de 0.1%, car lorsque le carbone dépasse sa solubilité, il génère du TiC dur et cassant avec une répartition en réseau, ce qui est facile à provoquer des fissures.

  • Fissure à chaud

En raison du titane et du titane, la teneur en impuretés de l'alliage est moindre, il n'est pas facile de produire des fissures à chaud, qui ont des exigences de haute qualité pour le fil de soudage, un fil de soudage non qualifié provoquera des fissures, des intercalaires et d'autres défauts, un grand nombre d'impuretés peut provoquer des fissures à chaud lors du soudage.

  • Une fissuration retardée peut se produire dans la zone affectée par la CHALEUR

Pendant le soudage, l'hydrogène dans la piscine et le métal de base dans la zone à basse température diffusent vers la zone affectée par la CHALEUR, ce qui conduit à l'accumulation d'hydrogène dans la zone affectée par la chaleur et provoque des fissures dans des conditions de contrainte défavorables.

  • Porosité

La porosité est le défaut le plus courant dans le soudage du titane et des alliages de titane. C'est généralement la porosité de la soudure et la porosité de la ligne de fusion, la porosité est généralement située près de la ligne de fusion lorsque l'énergie de la ligne de soudage est plus grande, mais principalement dans la zone de soudage, en particulier lorsque la surface de soudage est polluée par l'eau et l'huile.

Technologie de soudage

  • Méthode de soudage

Méthode de soudage GTAW, connexion à courant continu, utilisant l'amorçage d'arc à haute fréquence et l'atténuation de la machine à souder à dispositif d'extinction d'arc.

  • Matériel de soudage

La sélection du fil de soudage doit faire en sorte que la résistance à la traction du cordon de soudure ne soit pas inférieure à la limite inférieure de la résistance à la traction standard du métal de base recuit, la plasticité et la résistance à la corrosion du cordon de soudure après l'état de soudage ne sont pas inférieures au recuit métal de base ou similaire au métal de base, et la soudabilité est bonne.

La composition chimique de fil ER Ti-2 est indiqué dans le tableau ci-dessous.

Fils de soudageTiFeCNO
ERTi-2Balance0.30.10.050.0150.25
Tableau 1
  • Sélection du gaz de protection et de la couleur de soudure

La pureté de l'argon pour le soudage ne doit pas être inférieure à 99.99 %, l'humidité doit être inférieure à 50 mL/m³ et le point de rosée ne doit pas être supérieur à -40 ℃. Il ne doit pas être utilisé lorsque la pression de l'argon en bouteille est inférieure à 0.981 MPa. Le bassin de soudage et la zone où la température de surface interne et externe du joint de soudage est supérieure à 400 ℃ sont protégés par du gaz argon.

Couleur des joints de soudureArgent Jaune clairJaune foncéViolet (lustre métallique)Bleu (lustre métallique)Blanc cassé, jaune-blanc
Pureté du gaz argon99.99 %98.7 %97.8 %97.5 %97 %96 %
Qualité de soudageDes matériaux deBon QualifiedQualifiedUnqualified Unqualified
Tableau 2
  • Préparation de la soudure

Des mesures efficaces doivent être prises pour éviter la dissolution mutuelle entre l'acier et le titane dans le processus de soudage, garder le site propre et éviter d'utiliser des outils en fer.

Traitement des rainures. Après avoir coupé le tuyau en titane, la meuleuse est utilisée pour polir la rainure. L'angle de la rainure est de 30° ± 2.5° d'un côté et le bord émoussé est de 0.5 ~ 1.5 mm. Le traitement de la rainure ne doit pas provoquer une décoloration due à la surchauffe du métal de base. Les surfaces intérieures et extérieures de la rainure et ses côtés à moins de 25 mm doivent être nettoyés selon la procédure suivante : polissage à la machine à polir — polissage à la roue de papier de verre — nettoyage à l'acétone. Nettoyez le fil de soudage avec une éponge trempée dans de l'acétone et vérifiez soigneusement s'il y a des fissures et des intercalaires près de la rainure du métal de base et du fil de soudage, et attendez l'extrémité sèche de la rainure avant l'opération. Si le soudage ne peut pas être effectué à temps, du ruban adhésif et une feuille de plastique doivent être utilisés pour protéger la rainure. Le temps entre le nettoyage et le soudage ne dépasse pas 2 heures, les gants de soudeur doivent être propres avant utilisation doivent être nettoyés avec de l'éthanol anhydre (ou de l'acétone), évitez les fibres de coton attachées à la surface du soudeur.

  • Paramètres du processus de soudage

Epaisseur de paroi

Couche de soudure

Diamètre de l'électrode en tungstène

Courant de soudage

Diamètre du fil

Le flux de gaz argon

Le diamètre de la buse

Poignée de soudage

Faites glisser le couvercle

Tube

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

11-22

18

7-8

3-4

3.0

120-160

3.0

12-15

20-22

11-22

18

Il convient de noter que, à condition d'assurer une bonne formation de la soudure, le soudage à faible énergie de ligne doit être sélectionné dans la mesure du possible et la température intercalaire ne doit pas être supérieure à 200 pour empêcher le grain de croître trop longtemps à haute température. Température. Le processus de soudage doit être effectué sous la protection de l'argon : la buse de la torche de soudage doit être utilisée pour protéger le bain de fusion, le couvercle de traînée de la torche de soudage doit être utilisé pour protéger la soudure chaude et la surface extérieure de la zone de joint proche, et le tuyau doit être rempli d'argon pour protéger le cordon de soudure et la surface intérieure de la zone du joint proche. Lorsque le tuyau en titane de grand diamètre est soudé, le soudeur doit utiliser un masque à gaz et une housse de protection à main pour protéger l'arrière du bassin de soudage.

Lors du soudage de tubes de petit diamètre ou à orifice fixe, le papier soluble doit être utilisé à l'endroit où la surface du tube en titane est à 150-300 mm de la rainure (une valeur plus grande doit être prise en fonction de l'opérabilité) pour éviter le sceller le papier soluble d'être endommagé par une pression excessive dans le tube, puis du gaz argon doit être rempli pour évacuer l'air dans le tube. L'argon doit être complètement préchargé avant le soudage, et l'argon doit être retardé après le soudage pour refroidir complètement la zone à haute température et empêcher l'oxydation de la surface.

Inspection de soudage

Le soudeur doit nettoyer la surface du cordon pour lui donner une bonne apparence.

La largeur doit être de 2 mm au-dessus du bord de la rainure. La hauteur du pied de soudure d'angle doit répondre aux exigences de conception et la forme doit être lisse. La qualité de la surface doit répondre aux exigences suivantes : aucun défaut tel que morsure des bords, fissure, non-fusion, porosité, inclusion de laitier et éclaboussure n'est autorisé ; Hauteur résiduelle de soudure : lorsque l'épaisseur de paroi est inférieure à 5 mm, 0 ~ 1.5 mm ; Lorsque l'épaisseur de paroi est supérieure à 5 mm, elle est de 1 à 2 mm; La quantité de bord décalé sur la surface de la soudure c ne doit pas être supérieure à 10 % de l'épaisseur de la paroi et ne doit pas dépasser 1 mm.

Les soudures inférieures doivent être inspectées par ressuage et doivent être considérées comme exemptes de fissures et de tout autre défaut de surface. Vérifiez la couleur de la surface de chaque soudure, qui indique le changement de couleur du film d'oxyde de surface à différentes températures, et leurs propriétés mécaniques ne sont pas les mêmes. (Voir Tableau 3) Remarque : La méthode de décapage doit être utilisée pour distinguer l'oxydation à basse température de l'oxydation à haute température.

Embouts de soudage Inox austénitique

L'acier inoxydable austénitique est le type d'acier inoxydable le plus largement utilisé, principalement le type Cr18-Ni8, Cr25-Ni20, Cr25-Ni35. Le soudage de l'inox austénitique présente des caractéristiques évidentes :

  • Soudure fissure à chaud.

L'acier inoxydable austénitique est facile à former une structure de grain colonnaire volumineuse lorsque les parties du joint de soudage à haute température et temps de rétention sont plus longues en raison de la faible conductivité thermique et du grand coefficient de dilatation linéaire. Dans le processus de solidification, si la teneur en soufre, phosphore, étain, antimoine, niobium et autre élément d'impureté est plus élevée, cela conduit à la formation d'eutectique à bas point de fusion entre les grains. Lorsque le joint soudé est soumis à une contrainte de traction élevée, des fissures de solidification sont faciles à former dans le cordon de soudure et des fissures de liquéfaction sont faciles à former dans la zone affectée thermiquement, qui sont des fissures thermiques de soudage. La méthode la plus efficace pour éviter les fissures à chaud est de réduire les éléments d'impuretés qui sont faciles à produire de l'eutectique à bas point de fusion dans l'acier et les matériaux de soudage et de faire en sorte que l'acier inoxydable austénitique Cr-Ni contienne 4% ~ 12% de structure de ferrite.

  • Corrosion intergranulaire.

Selon la théorie de l'appauvrissement en chrome, la précipitation de carbure de chrome sur la surface intergranulaire, entraînant un appauvrissement en chrome au joint de grain, est la principale raison de la corrosion intergranulaire. Par conséquent, le choix de nuances à très faible teneur en carbone ou de matériaux de soudage contenant des éléments stabilisés tels que le niobium et le titane sont les principales mesures pour éviter la corrosion intergranulaire.

  • Fissuration par corrosion.

La fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) est généralement présentée comme une rupture fragile, et le temps de traitement de la rupture est court et les dommages sont graves. La contrainte résiduelle de soudage est la principale cause de fissuration par corrosion sous contrainte dans l'acier inoxydable austénitique. Le changement de microstructure du joint soudé ou la concentration de contraintes des milieux corrosifs locaux en sont également les raisons.

  • phase de fragilisation des joints soudés

La phase σ est une sorte de composé intermétallique fragile qui se concentre principalement dans le joint de grain des grains colonnaires. Pour l'acier inoxydable austénitique Cr-Ni, en particulier pour l'acier inoxydable Ni-Cr-Mo, il est sujet à la transition de phase δ-σ et le changement sera plus évident lorsque la teneur en ferrite δ dans les joints de soudure de plus de 12%, ce qui rend fragilisation évidente dans le métal fondu, c'est pourquoi la quantité de ferrite delta de la couche de surfaçage de la paroi du réacteur d'hydrogénation à paroi chaude sera contrôlée dans 3% ~ 10%.

Quel matériau de soudage convient au soudage de l'acier inoxydable 304 ?

Le matériau de soudage de type 308 est recommandé lors du soudage de l'acier inoxydable 304 car les éléments supplémentaires en acier inoxydable 308 peuvent mieux stabiliser la zone de soudure. Fils 308L sont également une option acceptable.

La teneur en carbone de l'acier inoxydable à faible teneur en carbone est inférieure à 0.03 %, tandis que l'acier inoxydable standard peut contenir jusqu'à 0.08 % de teneur en carbone. Les fabricants doivent accorder une attention particulière à l'utilisation de matériaux de soudage au carbone L car leur faible teneur en carbone réduit la tendance à la corrosion intergranulaire. Les fabricants de soudage GMAW utilisent également des soudures 3XXSi telles que 308LSi or 316LSi car Si améliore le mouillage des soudures. Dans les cas où la soudure a une bosse élevée ou lorsque la connexion de la piscine est mauvaise au pied de la soudure d'angle ou à recouvrement, l'utilisation d'un fil blindé à l'air contenant du Si peut humidifier la soudure et augmenter le taux de dépôt. Les matériaux de soudage de type 347 avec une petite quantité de Nb peuvent être sélectionnés si la précipitation de carbure est considérée.

Comment souder l'acier inoxydable et l'acier au carbone?

Certaines pièces structurelles sont soudées à la surface de l'acier au carbone avec une couche résistante à la corrosion pour réduire les coûts. Lors du soudage d'acier au carbone à un métal de base allié, l'utilisation d'un matériau de soudage à teneur plus élevée en alliage peut équilibrer le taux de dilution dans la soudure. Par exemple, lors du soudage de l'acier au carbone et de l'acier inoxydable 304 ou 316, ainsi que d'autres aciers inoxydables différents, le fil ou l'électrode 309L est un choix approprié.

Si vous souhaitez obtenir un contenu Cr plus élevé, utilisez 312 soudage Matériel. Il est à noter que le taux de dilatation thermique de l'acier inoxydable austénitique est 50 % plus élevé que celui de l'acier au carbone. Lors du soudage, la différence de taux de dilatation thermique produira une contrainte interne, ce qui conduira à la fissure. Dans ce cas, il est nécessaire de sélectionner le matériau de soudage approprié ou de spécifier le procédé de soudage approprié (Fig. 1). Il montre lors du soudage de l'acier au carbone et de l'acier inoxydable, la déformation de gauchissement causée par différents taux de dilatation thermique nécessite plus de compensation.

Quelle est la bonne préparation de pré-soudage ?

Avant le soudage, utilisez un solvant sans chlore pour éliminer la graisse, les marques et la poussière afin d'éviter la résistance à la corrosion du matériau de base en acier inoxydable de l'acier au carbone. Certaines entreprises utilisent un stockage séparé de l'acier inoxydable et de l'acier au carbone pour éviter la contamination croisée. Lorsque des meules spéciales et des brosses en acier inoxydable sont utilisées pour nettoyer la zone autour des chanfreins, il est parfois nécessaire d'effectuer un nettoyage secondaire des joints. Étant donné que l'opération de compensation d'électrode du soudage de l'acier inoxydable est plus difficile que celle de l'acier au carbone, le nettoyage des joints est important.

Quel est le bon traitement post-soudage ?

Tout d'abord, rappelons que la raison pour laquelle l'acier inoxydable ne rouille pas est que Cr et O réagissent à la surface du matériau pour générer une couche de la couche d'oxyde dense, et jouent un rôle protecteur. La rouille de l'acier inoxydable est causée par la précipitation du carbure et l'échauffement pendant le processus de soudage, ce qui entraîne la formation d'oxyde de fer sur la surface de soudage. Les soudures perfectionnées à l'état de soudage peuvent également produire une contre-dépouille dans la zone rouillée à la limite de la zone de soudage affectée par la chaleur dans les 24 heures. Par conséquent, afin de régénérer le nouvel oxyde de chrome, l'acier inoxydable doit être poli, décapé, poncé ou lavé après le soudage.

Comment contrôler les précipitations de carbure dans l'acier inoxydable austénitique ?

Lorsque la teneur en carbone dépasse 0.02 % à 800-1600℉, le C diffuse jusqu'aux joints de grains austénitiques et réagit avec le Cr aux joints de grains pour former des carbures de chrome. Si une grande quantité de Cr est durcie par l'élément C, la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable diminuera et une corrosion intergranulaire se produira lorsqu'il sera exposé à un environnement corrosif. Les résultats expérimentaux montrent que la corrosion intergranulaire se produit dans la zone de soudure affectée par la chaleur dans le réservoir d'eau avec des fluides corrosifs. L'utilisation de matériaux de soudage à faible teneur en carbone ou en alliage spécial peut réduire la tendance à la précipitation du carbure et améliorer la résistance à la corrosion. Nb et Ti peuvent également être ajoutés pour solidifier C. Par rapport au Cr, les éléments Nb et Ti ont une plus grande affinité avec C. Le niveau 347 le matériel de soudage est conçu à cet effet.

Pourquoi les fils en acier inoxydable sont-ils magnétiques ?

Les aciers inoxydables à structure austénitique complète sont amagnétiques. Cependant, la température de soudage plus élevée fait grossir les grains de la microstructure et la susceptibilité à la fissuration augmente après le soudage. Pour réduire la sensibilité aux fissures thermiques, le fabricant de consommables de soudage ajoute des éléments de formation de ferrite au matériau de soudage (Fig. 2). La phase ferrite réduit la taille des grains d'austénite et augmente la résistance aux fissures. L'image suivante montre la phase ferrite (partie grise) répartie sur la matrice d'austénite dans le matériau de soudure 309L.

L'aimant n'adhère pas fermement au métal soudé austénitique, mais une légère succion peut être ressentie lorsqu'il est projeté. Cela amène également certains utilisateurs à croire que le produit est mal étiqueté ou que le mauvais matériau de soudure est utilisé (en particulier lorsque l'étiquette est retirée de l'emballage). La quantité de ferrite dans le matériau de soudage dépend de la température de service de l'application. Un excès de ferrite, par exemple, réduit la ténacité à basse température. En conséquence, la quantité de ferrite pour les matériaux de soudage de grade 308 utilisés dans les pipelines de GNL est comprise entre 3 et 6, tandis que le nombre de ferrite pour les matériaux de soudage standard de type 308 est de 8. En bref, les matériaux de soudage peuvent sembler similaires, mais même de petites différences dans la composition peut parfois faire une grande différence.

Comment éviter la porosité des fils de soudage fourrés autoblindés

Dans le dernier article, nous avons présenté ce qu'est le fil de soudage sans cuivre et ses avantages. Comme nous le savons, il existe principalement deux types de fil à souder en fonction de sa protection: l'un est le fil à souder qui repose sur un flux ou une protection contre les gaz, le fil à souder joue le rôle de métal de remplissage et de conducteur d'électricité, comme le soudage à l'arc submergé, le soudage à noyau solide fil et partie de fil de soudage fourré utilisé dans le soudage sous protection gazeuse au CO2 ; L'autre type est le fil de soudage fourré sans protection externe contre les gaz, il s'appuie sur les éléments d'alliage du fil lui-même et à haute température pour empêcher l'invasion d'oxygène, d'azote et d'autres gaz dans l'air et ajuster la composition du métal de soudure , qui est appelé fil fourré auto-protégé, est une sorte de fil de soudage un peu cher mais potentiel.

À l'heure actuelle, le fil fourré auto-protégé est largement utilisé dans la construction de pipelines, l'ingénierie océanique, la fabrication de grandes structures en acier en plein air, la construction de structures en acier de grande hauteur, le revêtement de surface, en particulier le soudage de structures légères telles que l'acier au carbone mince et l'acier galvanisé assiette. Le fil fourré auto-protecteur protège les gouttelettes et le bain fondu par le gaz et le laitier produits par l'agent de formation de laitier et de gaz dans le noyau d'arc sous l'action de hautes températures, et la porosité de soudage ou les pores de soudage sont un problème courant dans le soudage semi-automatique du fil fourré auto-protégé, nous analysons donc et prenons des mesures de contrôle pour les éviter.

La cause des pores de soudage pour les fils de soudage fourrés autoblindés

Taux de refroidissement de soudage

En raison de la gravité du métal liquide lui-même dans la section de soudage verticale, la vitesse de soudage est plus rapide et la profondeur de fusion de la passe de soudage est peu profonde, ce qui accélère la vitesse de refroidissement du métal liquide dans la soudure, réduit la fuite de gaz et provoque plus de pores dans la passe de soudure.

Éclaboussures de soudure

Lorsque les projections d'oxyde métallique collées à l'extrémité avant de la buse conductrice atteignent une certaine quantité, elles pénètrent dans le bain en fusion avec le fil de soudage en mouvement. Cela devient plus grave avec l'augmentation de la quantité de métal dans la passe de soudage, entraînant l'apparition de porosité dans la passe de soudage.

Joint de soudure

Le joint de soudure de la couche de soudage à chaud, de la couche de remplissage et de la couche de couverture est facile à superposer, ce qui augmente le risque de pores denses dans le cordon de soudure.

Environnement externe

Lorsque le fil de soudage est placé dans un environnement à l'air libre avec une humidité élevée, il est facile de rendre le fil de soudage humide. De plus, si aucune mesure de protection contre le vent n'est prise lorsque la vitesse du vent est supérieure à 8 m/s, c'est également une raison importante pour l'apparition de pores dans la passe de soudage.

Paramètres du processus de soudage

S'il existe une plage de réglage étroite des paramètres de processus de soudage du soudage semi-automatique du flux fourré auto-protégé. Généralement, la tension de l'arc est comprise entre 18 et 22V, et la vitesse de dévidage du fil est comprise entre 2000 et 2300mm/min. Sinon, la haute tension est facile à provoquer l'effet de protection des scories sur la surface de passe de soudure n'est pas bon, facile à produire des pores.


Comment éviter les pores de soudure ?

  • Ajustez la tension de l'arc et les paramètres de soudage avant le soudage.

L'alimentation de soudage adopte une alimentation CC et onduleur, une connexion directe CC (CC-): les pièces de soudage sont connectées au pôle positif de l'alimentation et le pistolet de soudage est connecté au pôle négatif de l'alimentation. Le fil de terre de soudage est aussi proche que possible de la zone de soudage et il convient de confirmer que la conduction est bonne (que le fil de terre soit oxydé, que la connexion soit ferme et qu'il ne puisse y avoir de rouille à l'endroit de contact entre le fil de terre et le métal de base). Si la conduction n'est pas bonne, cela provoquera une instabilité de l'arc.

Les paramètres de soudage affectent directement la qualité du soudage. Un courant trop faible est facile à provoquer une fusion incomplète, des scories et d'autres défauts, tandis qu'un courant trop important est facile à provoquer la brûlure, l'augmentation des éclaboussures, jusqu'au soudage causé par les scories et les gouttes de fer en fusion, ne peut pas être appliqué au soudage, aussi des pores faciles à apparaître. La tension est trop basse, il est facile de provoquer une instabilité de l'arc, un fil supérieur, un bain fondu incomplet et une inclusion de laitier. La tension est trop élevée, l'arc est trop éloigné du bain de fusion, de l'air est impliqué dans le bain de fusion et des trous se produisent.

Spécifications Taille EmballagePolarité
AWS A5.20 E71T-11
AWS A5.20 E71T-GS
0.8 mm
0.9 mm
1.0 mm
1kg
5kg
Connexion CC, fil de terre positif, pistolet de soudage négatif
  • Angle de torche de soudage

Avant de souder la couche de couverture, si la couche de remplissage dans la section de soudage verticale est trop basse ou trop haute, elle doit être coupée jusqu'à ce que la hauteur de soudage de la couche de remplissage soit d'environ 0.5 à 1.0 mm inférieure à celle du métal de base, avant le soudage de la procédure suivante peut être effectuée.

  • Contrôler la longueur d'extension et l'angle du fil de soudage

Généralement doit être contrôlé dans 6 ~ 10 fois le diamètre du fil de soudage, généralement 15 ~ 20 mm, tel que l'allongement à sec est trop long, fera fondre le fil de soudage trop rapidement, réduira la force de soufflage de l'arc. Trop court, les projections d'oxyde métallique à l'avant de la buse conductrice s'accumuleront trop rapidement ; Trop long réduira la tension de l'arc et affectera la qualité du soudage. De plus, vous devez vérifier et nettoyer la buse conductrice avant de souder. L'angle du fil de soudage est généralement nécessaire pour maintenir 800 ~ 900 entre le fil de soudage et la pièce pour éviter le flux descendant de laitier fondu et de fer fondu près de la position verticale, ce qui affecte le bon fonctionnement du soudage et est sujet à des défauts tels que inclusions de scories et porosité.

  • Préparation nécessaire avant soudage.

La surface des pièces soudées doit être uniforme et lisse, et il ne doit pas y avoir de rouille, de scories, de graisse et d'autres substances nocives qui affectent la qualité du soudage.