チタンとその合金を溶接する方法は?

チタン金属は、軽量、高強度、高温・低温耐性、優れた耐亀裂性、湿性塩素ガスの耐食性など、比類のない利点により、さまざまな分野で使用されてきました。 金属自体はほとんどの産業部門にとってかなり新しいものであるため、チタンの溶接は多くの溶接工にとって特に重要な課題をもたらします。 溶接には多くの材料を使用できますが、チタンに見られる耐久性、柔軟性、強度の組み合わせを備えたものはありません。 この特性の組み合わせにより、材料の取り扱いが非常に困難になり、溶接の訓練を受けた経験豊富な熟練労働者にとっても特別な課題が発生します。 これがチタン溶接を非常に要求の厳しいものにしている理由です。 ここでは、チタンとその合金の溶接について説明します。興味があれば、読んでください。

溶接性分析

  • 侵入型要素の汚染によって引き起こされる脆化

チタンは高温での活性化学元素です。 チタンは300℃以上で水素を急速に吸収し、600℃以上で酸素を急速に吸収し、700℃以上で窒素を急速に吸収します。 溶接および溶接後の冷却プロセス中に効果的な保護が得られない場合、塑性が低下し、脆性が増加します。 チタン材料の炭素は、炭素がその溶解度を超えると、ネットワーク分布を伴う硬くて脆いTiCを生成し、亀裂を引き起こしやすいため、一般に0.1%未満に制御されます。

  • ホットクラック

チタンとチタンのため、合金の不純物含有量が少なく、高品質の要件を持つホットクラックを生成するのは簡単ではありません。 溶接ワイヤ、不適格な溶接ワイヤは、亀裂、中間層、およびその他の欠陥を引き起こし、不純物が多いと、溶接の高温亀裂が発生する可能性があります。

  • 熱影響部で亀裂の遅延が発生する可能性があります

溶接中、プール内の水素と低温ゾーンの母材が熱影響部に拡散し、熱影響部に水素が蓄積し、不利な応力条件下で亀裂が発生します。

  • 気孔

気孔率は、チタンおよびチタン合金の溶接における最も一般的な欠陥です。 一般に、溶接気孔率と融着線気孔率です。気孔率は、溶接線エネルギーが大きい場合、一般に溶着線の近くにありますが、特に溶接面が水や油で汚染されている場合は、主に溶接領域にあります。

溶接技術

  • 溶接方法

GTAW溶接法、直流接続、高周波アーク点火とアーク消火装置溶接機の減衰を使用。

  • 溶接材料

溶接ワイヤの選択により、溶接シームの引張強度が焼きなましされた母材の標準引張強度の下限以上になり、溶接状態後の溶接シームの可塑性と耐食性が焼きなまし以上になるようにする必要があります。ベースメタル等のベースメタルであり、溶接性に優れています。

の化学組成 ERTi-2ワイヤー 以下の表に示します。

溶接ワイヤーTiFeCNO
ERTi-2 0.30.10.050.0150.25
テーブル1
  • シールドガスと溶接色の選択

溶接用のアルゴンの純度は99.99%以上、水分は50mL /m³未満、露点は-40℃以上である必要があります。 ボトル入りアルゴンの圧力が0.981MPa未満の場合は使用しないでください。 溶接プールおよび溶接継手の内外表面温度が400℃を超える領域は、アルゴンガスで保護されています。

溶接継手の色シルバー ライトイエローダークイエロー紫(金属光沢)青(金属光沢)オフホワイト、イエローホワイト
アルゴンガスの純度99.99%98.7%97.8%97.5%97%96%
溶接品質高品質グッド 修飾修飾未認定 未認定
テーブル2
  • 溶接の準備

溶接プロセスで鋼とチタンが相互に溶解しないように効果的な対策を講じ、現場を清潔に保ち、鉄製の工具を使用しないようにする必要があります。

溝処理。 チタンパイプを切断した後、グラインダーを使用して溝を研磨します。 溝角度は片側30°±2.5°、鈍角は0.5〜1.5mmです。 溝の処理により、母材が過熱変色することはありません。 溝の内面と外面および25mm以内の側面は、次の手順で洗浄する必要があります。研磨機による研磨—サンドペーパーホイールによる研磨—アセトンによる洗浄。 アセトンに浸したスポンジで溶接線を清掃し、母材の溝と溶接線の近くに亀裂や中間層がないか注意深く確認し、溝の乾いた端を待ってから操作します。 溶接が間に合わない場合は、粘着テープとプラスチックシートを使用して溝を保護する必要があります。 洗浄から溶接までの時間は2時間以内です。使用前に溶接機の手袋を洗浄し、無水エタノール(またはアセトン)で洗浄する必要があります。溶接機の表面に綿繊維が付着しないようにしてください。

  • 溶接プロセスパラメータ

壁の厚さ

溶接層

タングステン電極径

溶接電流

線径

アルゴンガスの流れ

ノズル径

溶接ハンドル

カバーをドラッグ

チューブ

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

良好な溶接形成を確保する条件の下で、可能な限り小線エネルギー溶接を選択する必要があり、粒子が高で長時間成長するのを防ぐために、中間層温度が200℃を超えないようにする必要があります。温度。 溶接プロセスは、アルゴンの保護下で実行する必要があります。溶接トーチノズルを使用して溶融池を保護し、溶接トーチドラッグカバーを使用して高温溶接部と近くの接合部の外面を保護する必要があります。パイプは、溶接シームと近くの接合領域の内面を保護するためにアルゴンで満たされていなければなりません。 大口径チタンパイプを溶接する場合、溶接工はガスマスクと手持ち式の保護カバーを使用して、溶接プールの背面を保護する必要があります。

小径または固定オリフィスのチューブを溶接する場合は、チタンチューブの表面が溝から150〜300mm離れた場所(操作性に応じて大きい値をとる必要があります)に可溶性紙を使用して、チューブ内の過度の圧力によって可溶性紙が損傷しないようにシールし、次にアルゴンガスを充填してチューブ内の空気を排出する必要があります。 アルゴンは溶接前に完全にプリチャージする必要があり、高温領域を完全に冷却して表面の酸化を防ぐために、アルゴンは溶接後に遅延させる必要があります。

溶接検査

溶接工は、ビードの表面をきれいにして見栄えを良くする必要があります。

幅は溝の端から2mmにする必要があります。 フィレット溶接止端の高さは設計要件を満たし、形状は滑らかである必要があります。 表面品質は、次の要件を満たしている必要があります。エッジの噛み込み、亀裂、非溶融、多孔性、スラグの混入、飛沫などの欠陥は許可されません。 溶接残留高さ:肉厚が5mm未満の場合、0〜1.5mm。 肉厚が5mmを超える場合は1〜2mmです。 c溶接面の千鳥状のエッジの量は、肉厚の10%を超えてはならず、1mmを超えてはなりません。

下部溶接部は浸透探傷検査を受け、亀裂やその他の表面欠陥がないものと見なされます。 各溶接部の表面の色を確認します。これは、さまざまな温度での表面酸化膜の色の変化を示しており、それらの機械的特性は同じではありません。 (表3を参照)注:低温酸化と高温酸化を区別するには、酸洗い法を使用する必要があります。

オーステナイト系ステンレス鋼の溶接のヒント

オーステナイト系ステンレス鋼は、最も広く使用されているタイプのステンレス鋼であり、主にCr18-Ni8、Cr25-Ni20、Cr25-Ni35タイプです。 オーステナイト系ステンレス鋼の溶接には明らかな特徴があります。

  • 溶接ホットクラック。

オーステナイト系ステンレス鋼は、熱伝導率が小さく、線膨張係数が大きいため、高温で保持時間が長い溶接継手部品を使用すると、かさばる柱状結晶粒構造を形成しやすくなります。 凝固の過程で、硫黄、リン、スズ、アンチモン、ニオブ、その他の不純物元素の含有量が多いと、粒子間に低融点の共晶が形成されます。 溶接継手に高い引張応力がかかると、溶接シームに凝固割れが発生しやすく、溶接熱影響部に液状化割れが発生しやすくなります。 ホットクラックを防ぐ最も効果的な方法は、鋼や溶接材料で低融点共晶を生成しやすい不純物元素を減らし、Cr-Niオーステナイト系ステンレス鋼に4%〜12%のフェライト構造を含めることです。

  • 粒界腐食。

クロム枯渇の理論によれば、粒界腐食の主な理由は、粒界表面に炭化クロムが析出し、粒界でクロムが枯渇することです。 したがって、超低炭素グレードまたはニオブやチタンなどの安定化元素を含む溶接材料を選択することが、粒界腐食を防ぐための主な対策です。

  • 応力腐食割れ。

応力腐食割れ(SCC)は通常、脆性破壊として現れ、破壊の処理時間は短く、損傷は深刻です。 オーステナイト系ステンレス鋼の応力腐食割れの主な原因は、溶接残留応力です。 溶接継手の微細構造の変化や局所腐食性媒体の応力集中も理由です。

  • 溶接継手のσ相脆化

σ相は、主に柱状粒子の粒界に集中する一種の脆い金属間化合物です。 Cr-Niオーステナイト系ステンレス鋼、特にNi-Cr-Moステンレス鋼の場合、δ-σ相転移が起こりやすく、溶接継手のδフェライト含有量が12%を超えると変化がより顕著になり、溶接金属の明らかな脆化、それがホットウォール水素化反応器の壁表面層のデルタフェライト量が3%〜10%に制御される理由です。

304ステンレス鋼の溶接に適した溶接材料は何ですか?

308ステンレス鋼の追加要素により溶接ゾーンをより安定させることができるため、304ステンレス鋼を溶接する場合はタイプ308溶接材料をお勧めします。 308Lワイヤー 許容できるオプションでもあります。

低炭素ステンレス鋼の炭素含有量は0.03%未満ですが、標準のステンレス鋼には最大0.08%の炭素含有量を含めることができます。 炭素含有量が少ないため粒界腐食の傾向が減少するため、製造業者はL炭素溶接材料の使用に特別な配慮を払う必要があります。 GMAW溶接のメーカーも、次のような3XXSi溶接を使用しています。 308LSi or 316LSi Siは溶接部の濡れを改善するからです。 溶接部のこぶが大きい場合、またはフィレットまたは重ね溶接のつま先でプールの接続が不十分な場合は、Siを含むシールド線を使用すると、溶接部が湿り、溶着率が高くなる可能性があります。 炭化物の析出を考慮すると、Nbの量が少ないタイプ347の溶接材料を選択できます。

ステンレス鋼と炭素鋼を溶接する方法は?

一部の構造部品は、コストを削減するために耐食層で炭素鋼の表面に溶接されています。 炭素鋼を合金母材に溶接する場合、より高い合金含有量の溶接材料を使用すると、溶接部の希釈率のバランスをとることができます。 たとえば、炭素鋼と304または316ステンレス鋼、およびその他の異種ステンレス鋼を溶接する場合は、309Lワイヤまたは電極が適切な選択です。

より高いCr含有量を取得したい場合は、 312溶接 材料。 オーステナイト系ステンレス鋼の熱膨張率は炭素鋼の熱膨張率より50%高いことを指摘しておく必要があります。 溶接の際、熱膨張率の違いにより内部応力が発生し、亀裂が発生します。 この場合、適切な溶接材料を選択するか、適切な溶接プロセスを指定する必要があります(図1)。 炭素鋼とステンレス鋼を溶接する場合、異なる熱膨張率によって引き起こされる反り変形には、より多くの補償が必要であることを示しています。

適切な溶接前の準備は何ですか?

溶接する前に、塩素を含まない溶剤を使用してグリース、マーク、ほこりを取り除き、炭素鋼からのステンレス鋼母材の耐食性を回避します。 一部の企業は、相互汚染を避けるためにステンレス鋼と炭素鋼を別々に保管しています。 ステンレス鋼の特殊な砥石とブラシを使用して斜角の周囲を洗浄する場合、接合部の二次洗浄を実行する必要がある場合があります。 ステンレス鋼溶接の電極補償操作は炭素鋼よりも難しいため、接合部の洗浄が重要です。

正しい溶接後の処理は何ですか?

まず、ステンレス鋼が錆びない理由は、CrとOが材料の表面で反応して緻密な酸化物層の層を生成し、保護的な役割を果たすためであることを思い出してください。 ステンレス鋼の錆は、溶接プロセス中の炭化物の沈殿と加熱によって引き起こされ、溶接面に酸化鉄が形成されます。 溶接状態の完成した溶接部は、24時間以内に溶接熱影響部の境界の錆びた領域にアンダーカットを生成する場合もあります。 したがって、新しい酸化クロムを再生するには、ステンレス鋼を溶接後に研磨、酸洗い、研磨、または洗浄する必要があります。

オーステナイト系ステンレス鋼の炭化物析出を制御する方法は?

0.02-800℉で炭素含有量が1600%を超えると、Cはオーステナイト粒界に拡散し、粒界でCrと反応して炭化クロムを形成します。 元素Cで大量のCrを硬化させると、ステンレス鋼の耐食性が低下し、腐食環境にさらされると粒界腐食が発生します。 実験結果は、粒界腐食が腐食性媒体を備えた水タンクの溶接の熱影響部で発生することを示しています。 低炭素または特殊合金の溶接材料を使用すると、炭化物の析出傾向を減らし、耐食性を高めることができます。 NbとTiを添加してCを固化することもできます。Crと比較して、元素NbとTiはCとの親和性が高くなります。 grade347 溶接材料はこの目的のために設計されています。

ステンレス鋼線が磁性を帯びているのはなぜですか?

完全なオーステナイト構造のステンレス鋼は非磁性です。 ただし、溶接温度が高くなると、微細構造内の結晶粒が大きくなり、溶接後に亀裂が発生しやすくなります。 熱亀裂の感度を下げるために、溶接材料メーカーは溶接材料にフェライト形成要素を追加します(図2)。 フェライト相はオーステナイト結晶粒径を小さくし、耐クラック性を高めます。 次の図は、309L溶接材料のオーステナイトマトリックスに分布するフェライト相(灰色の部分)を示しています。

磁石はオーステナイト系溶接金属にしっかりと付着していませんが、投げるとわずかな吸引が感じられます。 これにより、一部のユーザーは、製品に誤ったラベルが付けられている、または間違ったはんだ材料が使用されていると信じるようになります(特にラベルがパッケージから取り外されている場合)。 溶接材料中のフェライトの量は、アプリケーションの使用温度によって異なります。 たとえば、フェライトが過剰になると、低温での靭性が低下します。 その結果、LNGパイプラインで使用されるグレード308溶接材料のフェライト量は3〜6であり、標準のタイプ308溶接材料のフェライト数は8です。要するに、溶接材料は似ているように見えますが、わずかな違いさえあります。構成は時々大きな違いを生むことができます。

自己シールドフラックス入り溶接ワイヤの多孔性を回避する方法

前回の記事では、銅を含まない溶接ワイヤとその利点について紹介しました。 ご存知のように、保護に応じて主に2種類の溶接線があります。XNUMXつはフラックスまたはガス保護に依存する溶接線で、溶接線は金属の充填および水中アーク溶接、ソリッドコア溶接などの電気の伝導として機能します。 COXNUMXガスシールド溶接で使用されるワイヤおよびフラックス入り溶接ワイヤの一部。 もうXNUMXつの種類は、外部ガス保護のないフラックス入り溶接ワイヤです。ワイヤ自体の合金要素と高温に依存して、空気中の酸素、窒素、その他のガスの侵入を防ぎ、溶接金属の組成を調整します。自己シールドフラックス入りワイヤと呼ばれる、は一種の少し高価ですが、潜在的な溶接ワイヤです。

現在、自己遮蔽フラックス入りワイヤーは、パイプライン建設、海洋工学、屋外大型鋼構造物製造、高層鋼構造物の構築、表面表面処理、特に薄炭素鋼や亜鉛メッキ鋼などの軽量構造物の溶接に広く使用されています。プレート。 自己シールドフラックス入りワイヤは、高温の作用下でアークコア内のスラグ形成剤およびガス形成剤によって生成されるガスおよびスラグによって液滴および溶融池を保護し、溶接多孔性または溶接細孔は自己シールドフラックス入りワイヤの半自動溶接でよくある問題なので、それらを回避するために分析し、いくつかの制御手段を講じます。

自己シールドフラックス入り溶接ワイヤの溶接孔の原因

溶接冷却速度

垂直溶接部の液体金属自体の重力により、溶接速度が速くなり、溶接パスの溶融深さが浅くなるため、溶接部の液体金属の冷却速度が速くなり、ガスの漏れが減少します。溶接パスのより多くの細孔。

溶接スパッタ

導電性ノズルの前端に付着した金属酸化物スパッタが一定量に達すると、移動する溶接ワイヤとともに溶融池に入ります。 これは、溶接パス内の金属の量が増えるとさらに深刻になり、溶接パスに多孔性が発生します。

溶接継手

熱間溶接層、充填層、およびカバー層の溶接接合部は重ね合わせが容易であり、溶接ビードに密な細孔が生じる可能性が高くなります。

外部環境

溶接線を湿度の高い屋外環境に置くと、溶接線が湿りやすくなります。 また、風速が8m / sを超える場合に防風対策を講じないと、溶接パスに気孔が発生する重要な理由にもなります。

溶接プロセスパラメータ

セルフシールドフラックス入りの半自動溶接の溶接プロセスパラメータの調整範囲が狭い場合。 一般的に、アーク電圧は18〜22Vであり、ワイヤ送給速度は2000〜2300mm / minです。 そうでなければ、高電圧は溶接パス表面のスラグ保護効果を引き起こしやすく、細孔を生成しやすい。


溶接孔を避ける方法は?

  • 溶接する前に、アーク電圧と溶接パラメータを調整してください。

溶接電源は、DCおよびインバータ電源、DC直接接続(DC-)を採用しています。溶接部品は電源の正極に接続され、溶接ガンは電源の負極に接続されています。 溶接アース線は溶接部に可能な限り近づけ、導通が良好であること(アース線が酸化されているか、接続がしっかりしているか、接触箇所に錆がないか)を確認する必要があります。アース線と母材)。 導通が悪いとアークが不安定になります。

溶接パラメータは、溶接品質に直接影響します。 電流が小さすぎると、不完全な溶融、スラグ、その他の欠陥が発生しやすくなります。電流が大きすぎると、溶け落ち、スプラッシュの増加、スラグや溶鉄の滴下による溶接に至るまで、溶接に適用できません。毛穴も出やすいです。 電圧が低すぎると、アークの不安定性、トップワイヤ、不完全な溶融池、スラグの混入が発生しやすくなります。 電圧が高すぎる、アークが溶融池から遠すぎる、溶融池に含まれる空気、および穴が発生する。

【仕様】 寸法 パッケージング極性
AWS A5.20 E71T-11
AWS A5.20 E71T-GS
0.8mm
0.9mm
1.0mm
1kg
5kg
DC接続、正のアース線、負の溶接ガン
  • 溶接トーチの角度

カバー層を溶接する前に、垂直溶接部の充填層が低すぎたり高すぎたりする場合は、溶接前に、充填層の溶接高さが母材より約0.5〜1.0mm低くなるまでトリミングする必要があります。次の手順を実行できます。

  • 溶接ワイヤの延長長さと角度を制御します

一般的には溶接線の直径の6〜10倍に制御する必要があります。乾式伸びが長すぎるなど、一般に15〜20mmは、溶接線の溶融が速すぎてアークブロー力が低下します。 短すぎると、導電性ノズルの前面にある金属酸化物のスパッタが急速に蓄積します。 長すぎると、アーク電圧が低下し、溶接の品質に影響します。 さらに、溶接する前に導電性ノズルをチェックして清掃する必要があります。 溶接ワイヤの角度は、一般に、溶接ワイヤとワークピースの間で800〜900を維持する必要があります。これは、垂直位置付近での溶融スラグと溶融鉄の下降流を回避するためです。これは、スムーズな溶接操作に影響を与え、次のような欠陥が発生しやすくなります。スラグの含有と多孔性。

  • 溶接前に必要な準備。

溶接部の表面は均一で滑らかであり、溶接品質に影響を与える錆、スラグ、グリース、その他の有害物質があってはなりません。