Comment souder le titane et son alliage ?
Le titane a été utilisé dans divers domaines en raison de ses avantages inégalés, tels que sa légèreté, sa grande solidité, sa bonne résistance aux températures élevées et basses, son excellente résistance aux fissures et sa résistance à la corrosion par le chlore gazeux humide. Le soudage du titane représente un défi particulièrement important pour 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 ne possède la combinaison de durabilité, de flexibilité et de force 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 en matière de soudage. C'est ce qui rend le soudage du titane extrêmement exigeant. Nous aborderons ici le soudage du titane et de ses alliages. Si vous êtes intéressés, poursuivez votre lecture !
Analyse de la soudabilité
- Fragilisation due à la contamination des éléments interstitiels
Le titane est un élément chimique actif à haute température. Le titane peut absorber rapidement l'hydrogène au-dessus de 300℃, absorber rapidement l'oxygène au-dessus de 600℃ et absorber rapidement l'azote au-dessus de 700℃. Si aucune protection efficace n'est obtenue pendant le processus de soudage et de refroidissement post-soudage, la plasticité diminuera et la fragilité augmentera. Le carbone du matériau titane est généralement contrôlé en dessous de 0,1%, car lorsque le carbone dépasse sa solubilité, il génère du TiC dur et cassant avec une distribution en réseau, ce qui est facile à provoquer des fissures.
- Craquage à chaud
En raison de la faible teneur en impuretés du titane et de l'alliage, il n'est pas facile de produire des fissures à chaud, et les exigences en matière de qualité sont élevées. fil de soudureUn fil de soudure non qualifié provoquera des fissures, des couches intermédiaires et d'autres défauts ; un grand nombre d'impuretés peut provoquer des fissures de soudage à chaud.
- Une fissuration retardée peut se produire dans la zone affectée par la chaleur.
Pendant le soudage, l'hydrogène contenu dans le bain et le métal de base dans la zone à basse température se diffuse dans la zone affectée par la chaleur, ce qui entraîne une 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. La porosité est généralement située près de la ligne de fusion lorsque l'énergie de la ligne de soudage est plus importante, mais principalement dans la zone de soudage, surtout lorsque la surface de soudage est polluée par de l'eau et de l'huile.
Technologie du soudage
- Méthode de soudage
Méthode de soudage GTAW, connexion en courant continu, utilisation d'un dispositif d'allumage et d'atténuation de l'arc à haute fréquence, machine à souder.
- Matériel de soudage
Le choix du fil de soudure doit permettre d'obtenir une résistance à la traction du cordon de soudure qui ne soit pas inférieure à la limite inférieure de la résistance à la traction standard du métal de base recuit, une plasticité et une résistance à la corrosion du cordon de soudure après soudage qui ne soient pas inférieures à celles du métal de base recuit ou similaires à celles du métal de base, et une bonne soudabilité.
La composition chimique des Fil ER Ti-2 est indiqué dans le tableau ci-dessous.
| Fils de soudure | Ti | Fe | C | N | H | O |
| ERTi-2 | Équilibre | 0.3 | 0.1 | 0.05 | 0.015 | 0.25 |
- Sélection du gaz de protection et de la couleur de la soudure
La pureté de l'argon pour le soudage ne doit pas être inférieure à 99,99%, l'humidité doit être inférieure à 50mL /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 0,981MPa. Le bain de soudure et la zone où la température de surface interne et externe du joint de soudure est supérieure à 400℃ sont protégés par de l'argon gazeux.
| Couleur des joints de soudure | Argent | Jaune clair | Jaune foncé | Pourpre (éclat métallique) | Bleu (éclat métallique) | Blanc cassé, blanc jaune |
| Pureté du gaz argon | 99.99% | 98.7% | 97.8% | 97.5% | 97% | 96% |
| Qualité du soudage | Haute qualité | Bon | Qualifié | Qualifié | Non qualifié | Non qualifié |
- Préparation des soudures
Des mesures efficaces doivent être prises pour éviter la dissolution mutuelle entre l'acier et le titane au cours du processus de soudage, pour maintenir le site propre et pour éviter d'utiliser des outils en fer.
Traitement de la rainure. Après avoir coupé le tube 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 entraîner une décoloration du métal de base due à la surchauffe. Les surfaces intérieures et extérieures de la rainure et ses côtés dans un rayon de 25 mm doivent être nettoyés selon la procédure suivante : polissage à l'aide d'une machine à polir - polissage à l'aide d'un disque de papier de verre - nettoyage à l'acétone. Nettoyez le fil de soudure avec une éponge trempée dans l'acétone et vérifiez soigneusement s'il y a des fissures et des couches intermédiaires près de la rainure du métal de base et du fil de soudure, et attendez que l'extrémité de la rainure soit sèche avant de procéder à l'opération. Si le soudage ne peut être effectué à temps, il convient d'utiliser du ruban adhésif et une feuille de plastique pour protéger la rainure. Le temps écoulé entre le nettoyage et le soudage n'est pas supérieur à 2 heures. Les gants du soudeur doivent être propres avant d'être utilisés et doivent être nettoyés avec de l'éthanol anhydre (ou de l'acétone), afin d'éviter que des fibres de coton ne s'attachent à la surface du soudeur.
- Paramètres du processus de soudage
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Épaisseur de la paroi |
Couche de soudure |
Diamètre de l'électrode en tungstène |
Courant de soudage |
Diamètre du fil |
Le débit de gaz argon |
Diamètre de la buse |
||
|
Poignée de soudage |
Couvercle du traîneau |
Tube |
||||||
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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, pour assurer une bonne formation de la soudure, il faut choisir autant que possible un soudage à faible énergie de ligne, et la température entre les couches ne doit pas être supérieure à 200℃ pour éviter que le grain ne se développe trop longtemps à haute 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 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 joint de soudure et la surface intérieure de la zone de joint proche. Lors du soudage d'un tuyau en titane de grand diamètre, le soudeur doit utiliser un masque à gaz et une housse de protection manuelle pour protéger l'arrière du bain de soudure.
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 de titane se trouve à 150-300 mm de la rainure (une valeur plus importante doit être prise en fonction de l'opérabilité) pour éviter que le papier soluble d'étanchéité ne soit endommagé par une pression excessive dans le tube, puis le 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 des soudures
Le soudeur doit nettoyer la surface du cordon pour lui donner un bon aspect.
La largeur doit être de 2 mm au-dessus du bord de la rainure. La hauteur de la pointe de la soudure d'angle doit être conforme 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 de bord, fissure, non-fusion, porosité, inclusion de laitier et éclaboussure n'est autorisé ; Hauteur résiduelle de la soudure : lorsque l'épaisseur de la paroi est inférieure à 5 mm, 0 ~ 1,5 mm ; lorsque l'épaisseur de la paroi est supérieure à 5 mm, elle est de 1 ~ 2 mm ; La quantité de bord décalé sur la surface de la soudure ne doit pas être supérieure à 10% de l'épaisseur de la paroi, et ne doit pas être supérieure à 1 mm.
Les soudures du fond sont contrôlées par ressuage et sont considérées comme exemptes de fissures et de tout autre défaut de surface. Vérifier 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.
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