Como soldar titânio e sua liga?

O titânio metálico tem sido usado em vários campos devido às suas vantagens incomparáveis, como leveza, alta resistência, boa resistência a altas e baixas temperaturas, excelente resistência a rachaduras e resistência à corrosão em cloro gasoso úmido. A soldagem de titânio representa um desafio especialmente significativo para muitos soldadores, uma vez que o metal em si é bastante novo para a maioria dos setores industriais. Embora muitos materiais possam ser usados ​​na soldagem, nenhum tem a combinação de durabilidade, flexibilidade e resistência encontradas no titânio. Esta combinação de características torna o material extremamente difícil de trabalhar e apresenta desafios particulares, mesmo para trabalhadores qualificados que são treinados e experientes em soldagem. Isso é o que torna a soldagem de titânio extremamente exigente. Aqui iremos discutir a soldagem de titânio e sua liga, se estiver interessado, por favor, continue lendo!

Análise de soldabilidade

  • Fragilização causada por contaminação de elementos intersticiais

O titânio é um elemento químico ativo em altas temperaturas. O titânio pode absorver hidrogênio rapidamente acima de 300 ℃, absorver oxigênio rapidamente acima de 600 ℃ e absorver nitrogênio rapidamente acima de 700 ℃. Se nenhuma proteção efetiva for obtida durante o processo de soldagem e resfriamento pós-soldagem, a plasticidade diminuirá e a fragilidade aumentará. O carbono do titânio geralmente é controlado abaixo de 0.1%, pois quando o carbono excede sua solubilidade, ele gera TiC duro e quebradiço com distribuição em rede, que é fácil de causar trincas.

  • Crack quente

Devido ao titânio e titânio, o teor de impurezas da liga é menor, não é fácil produzir trincas a quente, que possuem requisitos de alta qualidade para o arame de solda, o fio de solda não qualificado causará rachaduras, camadas intermediárias e outros defeitos, um grande número de impurezas pode causar rachaduras a quente na soldagem.

  • A fissuração retardada pode ocorrer na zona afetada pelo CALOR

Durante a soldagem, o hidrogênio na piscina e o metal de base na zona de baixa temperatura se difundem para a zona afetada pelo CALOR, o que leva ao acúmulo de hidrogênio na zona afetada pelo calor e causa rachaduras sob condições adversas de estresse.

  • Porosidade

A porosidade é o defeito mais comum na soldagem de titânio e ligas de titânio. Geralmente é a porosidade da solda e a porosidade da linha de fusão, a porosidade geralmente está localizada perto da linha de fusão quando a energia da linha de soldagem é maior, mas principalmente na área de soldagem, especialmente quando a superfície de soldagem está poluída por água e óleo.

Tecnologia de Soldagem

  • Método de soldagem

Método de soldagem GTAW, conexão de corrente contínua, usando ignição de arco de alta frequência e atenuação da máquina de solda de dispositivo de extinção de arco.

  • Material de soldagem

A seleção do fio de solda deve fazer com que a resistência à tração da costura de soldagem não seja inferior ao limite inferior da resistência à tração padrão do metal base recozido, a plasticidade e a resistência à corrosão da costura de soldagem após o estado de soldagem não seja inferior ao recozido metal base ou similar ao metal base, e a soldabilidade é boa.

A composição química de Fio ER Ti-2 é mostrado na tabela abaixo.

Fios de soldagemTiFeCNO
ERTi-2Equilibrar0.30.10.050.0150.25
tabela 1
  • Seleção de gás de proteção e cor de solda

A pureza do argônio para soldagem não deve ser inferior a 99.99%, a umidade deve ser inferior a 50mL / m³ e o ponto de orvalho não deve ser superior a -40 ℃. Não deve ser usado quando a pressão do argônio engarrafado for inferior a 0.981 MPa. A piscina de soldagem e a área onde a temperatura da superfície interna e externa da junta de soldagem é superior a 400 ℃ são protegidas por gás argônio.

Cor das juntas de soldaSilver Luz amarelaAmarelo escuroRoxo (brilho metálico)Azul (brilho metálico)Branco esbranquiçado, branco-amarelado
Pureza do gás argônio99.99%98.7%97.8%97.5%97%96%
Qualidade de soldagemAlta qualidadebom QualificadoQualificadoNão qualificados Não qualificados
tabela 2
  • Preparação de Solda

Medidas eficazes devem ser tomadas para evitar a dissolução mútua entre o aço e o titânio no processo de soldagem, manter o local limpo e evitar o uso de ferramentas de ferro.

Processamento do Groove. Depois de cortar o tubo de titânio, o moedor é usado para polir a ranhura. O ângulo da ranhura é de 30 ° ± 2.5 ° de um lado e a borda romba é de 0.5 ~ 1.5 mm. O processamento da ranhura não deve fazer com que o metal base produza descoloração por superaquecimento. As superfícies interna e externa da ranhura e suas laterais dentro de 25mm devem ser limpas pelo seguinte procedimento: polimento com máquina de polimento - polimento com roda de lixa - limpeza com acetona. Limpe o fio de solda com uma esponja embebida em acetona e verifique cuidadosamente se há rachaduras e camadas intermediárias perto da ranhura de metal base e do fio de solda e aguarde a extremidade seca da ranhura antes da operação. Se a soldagem não puder ser feita a tempo, deve-se usar fita adesiva e uma folha de plástico para proteger a ranhura. O tempo desde a limpeza até a soldagem não é superior a 2 horas, as luvas do soldador devem ser limpas antes do uso devem ser limpas com etanol anidro (ou acetona), evite fibras de algodão grudadas na superfície do soldador.

  • Parâmetros do processo de soldagem

espessura da parede

Camada de soldagem

Diâmetro do eletrodo de tungstênio

Corrente de soldagem

diâmetro do fio

O fluxo de gás argônio

O diâmetro do bico

Cabo de soldagem

Cobertura de arrasto

tubo

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

É importante notar que, sob a condição de garantir uma boa formação de solda, a soldagem por energia de linha pequena deve ser selecionada tanto quanto possível, e a temperatura da camada intermediária não deve ser superior a 200 ℃ para evitar que o grão cresça por muito tempo em alta temperatura. O processo de soldagem deve ser realizado sob a proteção de argônio: o bico da tocha de soldagem deve ser usado para proteger a poça fundida, a cobertura de arrasto da tocha de soldagem deve ser usada para proteger a solda a quente e a superfície externa da área próxima da junta, e o tubo deve ser preenchido com argônio para proteger a costura de soldagem e a superfície interna da área da junta próxima. Quando o tubo de titânio de grande diâmetro é soldado, o soldador deve usar uma máscara de gás e uma capa protetora manual para proteger a parte traseira da piscina de soldagem.

Ao soldar tubos de pequeno diâmetro ou orifício fixo, o papel solúvel deve ser utilizado no local onde a superfície do tubo de titânio está 150-300mm distante da ranhura (um valor maior deve ser tomado de acordo com a operabilidade) para evitar que selar papel solúvel de ser danificado por pressão excessiva no tubo e, em seguida, gás argônio deve ser preenchido para exaurir o ar no tubo. O argônio deve ser totalmente pré-carregado antes da soldagem e o argônio deve ser atrasado após a soldagem para resfriar totalmente a área de alta temperatura e evitar a oxidação da superfície.

Inspeção de soldagem

O soldador deve limpar a superfície do cordão com uma boa aparência.

A largura deve ser de 2 mm além da borda da ranhura. A altura da ponta de solda em ângulo deve atender aos requisitos do projeto e a forma deve ser suave. A qualidade da superfície deve atender aos seguintes requisitos: não são permitidos defeitos como mordedura de borda, trinca, não fusão, porosidade, inclusão de escória e respingo; Altura residual da solda: quando a espessura da parede é inferior a 5 mm, 0 ~ 1.5 mm; Quando a espessura da parede é maior que 5 mm, é 1 ~ 2 mm; A quantidade de borda escalonada na superfície da solda c não deve ser maior que 10% da espessura da parede e não maior que 1 mm.

As soldas de fundo devem ser inspecionadas por penetrante e devem ser consideradas livres de rachaduras e quaisquer outros defeitos de superfície. Verifique a cor da superfície de cada solda, que indica a mudança de cor do filme de óxido superficial em diferentes temperaturas, e suas propriedades mecânicas não são as mesmas. (Ver Tabela 3) Nota: O método de decapagem deve ser usado para distinguir a oxidação a baixa temperatura da oxidação a alta temperatura.

Dicas de soldagem de aço inoxidável austenítico

O aço inoxidável austenítico é o tipo de aço inoxidável mais amplamente utilizado, principalmente do tipo Cr18-Ni8, Cr25-Ni20, Cr25-Ni35. A soldagem de aço inoxidável austenítico tem características óbvias:

  • Soldagem de trincas a quente.

O aço inoxidável austenítico é fácil de formar uma estrutura de grão colunar volumoso quando as peças da junta de soldagem de alta temperatura e tempo de retenção são mais longos devido à pequena condutividade térmica e ao grande coeficiente de expansão linear. No processo de solidificação, se o teor de enxofre, fósforo, estanho, antimônio, nióbio e outras impurezas do elemento forem maiores, isso leva à formação de baixo ponto de fusão eutético entre os grãos. Quando a junta soldada é submetida a altas tensões de tração, rachaduras de solidificação são facilmente formadas na costura de solda e rachaduras de liquefação são facilmente formadas na zona afetada pelo calor, que são rachaduras térmicas de soldagem. O método mais eficaz para prevenir a trinca a quente é reduzir os elementos de impureza que são fáceis de produzir eutéticos de baixo ponto de fusão em aço e materiais de soldagem e fazer com que o aço inoxidável austenítico Cr - Ni contenha 4% ~ 12% de estrutura de ferrita.

  • Corrosão intergranular.

De acordo com a teoria do esgotamento do cromo, a precipitação do carboneto de cromo na superfície intergranular, resultando no esgotamento do cromo no contorno do grão, é a principal razão para a corrosão intergranular. Portanto, a escolha de graus de carbono ultrabaixo ou materiais de soldagem contendo elementos estabilizados como nióbio e titânio são as principais medidas para prevenir a corrosão intergranular.

  • Rachadura por corrosão sob tensão.

A corrosão sob tensão (SCC) é geralmente apresentada como uma falha frágil, e o tempo de processamento da falha é curto e o dano é sério. A tensão residual de soldagem é a principal causa de corrosão sob tensão no aço inoxidável austenítico. A mudança na microestrutura da junta soldada ou a concentração de tensões do meio corrosivo local também são os motivos.

  • Fragilização da fase σ das juntas soldadas

A fase σ é um tipo de composto intermetálico frágil que se concentra principalmente no contorno de grão dos grãos colunares. Para aço inoxidável austenítico Cr-Ni, especialmente para aço inoxidável Ni-Cr-Mo, é propenso à transição de fase δ-σ e a mudança será mais óbvia quando o teor de ferrita δ nas juntas de solda for superior a 12%, tornando fragilização óbvia no metal de solda, é por isso que a quantidade de ferrita delta da camada de superfície da parede do reator de hidrogenação da parede quente será controlada em 3% ~ 10%.

Qual material de soldagem é adequado para soldagem de aço inoxidável 304?

O material de soldagem do tipo 308 é recomendado ao soldar aço inoxidável 304 porque os elementos adicionais em aço inoxidável 308 podem estabilizar melhor a zona de solda. Fios 308L também são uma opção aceitável.

O teor de carbono do aço inoxidável de baixo carbono é inferior a 0.03%, enquanto o aço inoxidável padrão pode conter até 0.08% de teor de carbono. Os fabricantes devem dar atenção especial ao uso de materiais de soldagem de carbono L, porque seu baixo teor de carbono reduz a tendência à corrosão intergranular. Os fabricantes de soldagem GMAW também usam soldas 3XXSi, como 308LSi or 316LSi porque o Si melhora a umectação das soldas. Nos casos em que a soldagem tem uma alta saliência ou onde a conexão da piscina é ruim na ponta do filete ou solda sobreposta, o uso de um fio com proteção de ar contendo Si pode umedecer a solda e aumentar a taxa de depósito. Os materiais de soldagem do tipo 347 com uma pequena quantidade de Nb podem ser selecionados se a precipitação de carboneto for considerada.

Como soldar aço inoxidável e aço carbono?

Algumas peças estruturais são soldadas à superfície de aço carbono com uma camada resistente à corrosão para reduzir custos. Ao soldar aço carbono em liga de metal base, o uso de material de soldagem com maior teor de liga pode equilibrar a taxa de diluição na solda. Por exemplo, ao soldar aço carbono e aço inoxidável 304 ou 316, bem como outros aços inoxidáveis ​​diferentes, o fio ou eletrodo 309L é uma escolha adequada.

Se você deseja obter um conteúdo maior de Cr, use 312 soldagem material. É importante ressaltar que a taxa de expansão térmica do aço inoxidável austenítico é 50% superior à do aço carbono. Durante a soldagem, a diferença na taxa de expansão térmica produzirá tensões internas, que levarão à trinca. Neste caso, é necessário selecionar o material de soldagem adequado ou especificar o processo de soldagem adequado (Fig. 1). Ele mostra que ao soldar aço carbono e aço inoxidável, a deformação de empenamento causada por diferentes taxas de expansão térmica precisa de mais compensação.

Qual é a preparação pré-soldagem adequada?

Antes de soldar, use solvente sem cloro para remover graxa, marcas e poeira para evitar a resistência à corrosão do material de base de aço inoxidável do aço carbono. Algumas empresas usam armazenamento separado de aço inoxidável e aço carbono para evitar contaminação cruzada. Quando rebolos especiais e escovas com aço inoxidável são usados ​​para limpar a área ao redor dos chanfros, às vezes é necessário fazer uma limpeza secundária das juntas. Como a operação de compensação do eletrodo da soldagem de aço inoxidável é mais difícil do que a do aço carbono, a limpeza da junta é importante.

Qual é o tratamento pós-soldagem correto?

Em primeiro lugar, vamos lembrar que a razão pela qual o aço inoxidável não enferruja é que o Cr e O reagem na superfície do material para gerar uma camada da densa camada de óxido e desempenham um papel protetor. A ferrugem do aço inoxidável é causada pela precipitação de carboneto e aquecimento durante o processo de soldagem resultando na formação de óxido de ferro na superfície de soldagem. Soldagens perfeitas no estado de soldagem também podem produzir cortes inferiores na área enferrujada no limite da zona afetada pelo calor de soldagem dentro de 24 horas. Portanto, para regenerar o novo óxido de cromo, o aço inoxidável precisa ser polido, decapado, lixado ou lavado após a soldagem.

Como controlar a precipitação de carboneto em aço inoxidável austenítico?

Quando o conteúdo de carbono excede 0.02% em 800-1600 ℉, C se difunde para os limites dos grãos austeníticos e reage com o Cr nos limites dos grãos para formar carbonetos de cromo. Se uma grande quantidade de Cr for curada pelo elemento C, a resistência à corrosão do aço inoxidável diminuirá e ocorrerá corrosão intergranular quando exposto a um ambiente corrosivo. Os resultados experimentais mostram que a corrosão intergranular ocorre na zona afetada pelo calor de soldagem no tanque de água com meio corrosivo. Usar materiais de soldagem com baixo teor de carbono ou ligas especiais pode reduzir a tendência de precipitação de carboneto e aumentar a resistência à corrosão. Nb e Ti também podem ser adicionados para solidificar C. Comparado com Cr, os elementos Nb e Ti têm uma afinidade maior com C. grau 347 o material de soldagem é projetado para este propósito.

Por que os fios de aço inoxidável são magnéticos?

Os aços inoxidáveis ​​com estrutura totalmente austenítica não são magnéticos. No entanto, a temperatura de soldagem mais elevada faz com que os grãos na microestrutura cresçam e a suscetibilidade a trincas aumenta após a soldagem. Para reduzir a sensibilidade à trinca térmica, o fabricante de consumíveis de soldagem adiciona elementos formadores de ferrita ao material de soldagem (Fig. 2). A fase de ferrita reduz o tamanho do grão de austenita e aumenta a resistência a trincas. A figura a seguir mostra a fase de ferrita (parte cinza) distribuída na matriz de austenita no material de soldagem 309L.

O ímã não adere firmemente ao metal de solda austenítico, mas uma leve sucção pode ser sentida ao ser lançado. Isso também leva alguns usuários a acreditar que o produto está rotulado incorretamente ou que o material de solda incorreto está sendo usado (especialmente quando o rótulo é removido da embalagem). A quantidade de ferrita no material de soldagem depende da temperatura de serviço da aplicação. O excesso de ferrita, por exemplo, reduz a tenacidade em baixas temperaturas. Como resultado, a quantidade de ferrita para materiais de soldagem de grau 308 usados ​​em dutos de GNL está entre 3 e 6, enquanto a contagem de ferrite para materiais de soldagem padrão Tipo 308 é 8. Em suma, os materiais de soldagem podem parecer semelhantes, mas até mesmo pequenas diferenças em a composição às vezes pode fazer uma grande diferença.

Como evitar a porosidade de fios de soldagem flux-core autoprotegidos

No último artigo, apresentamos o que é fio de solda sem cobre e suas vantagens. Como sabemos, existem principalmente dois tipos de fio de solda de acordo com sua proteção: Um é o fio de solda que depende de fluxo ou proteção de gás, o fio de solda atua como metal de enchimento e conduzindo eletricidade, como soldagem por arco submerso, soldagem de núcleo sólido arame e parte do arame tubular usado na soldagem com proteção de gás CO2; O outro tipo é o fio de solda flux-core sem proteção externa de gás, que depende dos elementos de liga do próprio fio e de alta temperatura para evitar a invasão de oxigênio, nitrogênio e outros gases no ar e ajustar a composição do metal de solda , que é chamado de fio fluxado com autoproteção, é um tipo de fio de solda um pouco caro, mas com potencial.

Atualmente, o fio fluxado com autoproteção é amplamente utilizado na construção de dutos, engenharia oceânica, fabricação de grandes estruturas de aço ao ar livre, construção de estruturas de aço de grande altura, revestimento de superfície, especialmente a soldagem de estruturas leves, como aço carbono fino e aço galvanizado placa. O fio fluxado autoprotegido protege a gota e a poça fundida pelo gás e a escória produzida pelo agente de formação de escória e de formação de gás no núcleo do arco sob a ação de alta temperatura, e a porosidade de soldagem ou poros de soldagem são um problema comum na soldagem semiautomática de arame tubular autoprotetivo, por isso analisamos e tomamos algumas medidas de controle para evitá-los.

A causa dos poros de soldagem para os fios de soldagem flux-core autoprotegidos

Taxa de resfriamento de soldagem

Devido à gravidade do próprio metal líquido na seção de soldagem vertical, a velocidade de soldagem é mais rápida e a profundidade de fusão da passagem de solda é rasa, o que acelera a taxa de resfriamento do metal líquido na solda, reduz o escape de gás e causa mais poros no passe de solda.

Respingo de solda

Quando o respingo de óxido de metal aderido à extremidade frontal do bico condutor atinge uma certa quantidade, ele entra na poça de fusão com o arame de soldagem em movimento. Isso se torna mais grave com o aumento da quantidade de metal no passe de solda, resultando na ocorrência de porosidade no passe de solda.

Junta de solda

A junta de solda da camada de soldagem a quente, camada de enchimento e camada de cobertura é fácil de sobrepor, o que aumenta a chance de poros densos no cordão de solda.

Ambiente externo

Quando o fio de solda é colocado em um ambiente ao ar livre com alta umidade, o que pode causar a umidade do fio de solda facilmente. Além disso, se nenhuma medida de proteção contra o vento for tomada quando a velocidade do vento for superior a 8m / s, também é um motivo importante para a ocorrência de poros no passe de solda.

Parâmetros do processo de soldagem

Se houver uma faixa estreita de ajuste dos parâmetros do processo de soldagem da soldagem semiautomática de flux-cored auto-blindagem. Geralmente, a tensão do arco está entre 18 e 22 V e a velocidade de alimentação do arame está entre 2000 e 2300 mm / min. Caso contrário, a alta tensão é fácil de causar o efeito de proteção de escória na superfície do passe de solda não é bom, fácil de produzir poros.


Como evitar os poros da soldagem?

  • Ajuste a tensão do arco e os parâmetros de soldagem antes de soldar.

A fonte de alimentação de soldagem adota fonte de alimentação DC e inversor, conexão direta DC (DC-): as peças de soldagem são conectadas ao pólo positivo da fonte de alimentação e a pistola de soldagem é conectada ao pólo negativo da fonte de alimentação. O fio terra de soldagem fica o mais próximo possível da área de soldagem, e deve-se confirmar se a condução é boa (se o fio terra está oxidado, se a conexão está firme e não pode haver ferrugem no ponto de contato entre o fio terra e o metal de base). Se a condução não for boa, causará instabilidade do arco.

Os parâmetros de soldagem afetam diretamente a qualidade da soldagem. Corrente muito pequena é fácil de causar a fusão incompleta, escória e outros defeitos, enquanto corrente muito grande é fácil de causar a queima, aumento de respingo, até a soldagem causada por escória e gotejamento de ferro fundido, não pode ser aplicada à soldagem, também é fácil de aparecer poros. A tensão é muito baixa, é fácil causar instabilidade do arco, fio superior, poça fundida incompleta e inclusão de escória. A tensão está muito alta, o arco está muito longe da poça de fusão, o ar está envolvido na poça de fusão e ocorrem orifícios.

Especificações Size EmbalagensPolaridade
AWS A5.20 E71T-11
AWS A5.20 E71T-GS
0.8mm
0.9mm
1.0mm
1kg
5kg
Conexão DC-, fio de aterramento positivo, pistola de soldagem negativa
  • Ângulo da tocha de soldagem

Antes de soldar a camada de cobertura, se a camada de enchimento na seção de soldagem vertical for muito baixa ou muito alta, ela deve ser aparada até que a altura de soldagem da camada de enchimento seja cerca de 0.5 ~ 1.0 mm menor do que o metal de base, antes da soldagem de o próximo procedimento pode ser executado.

  • Controle o comprimento da extensão e o ângulo do fio de solda

Geralmente deve ser controlado em 6 ~ 10 vezes o diâmetro do fio de soldagem, geralmente 15 ~ 20 mm, como o alongamento a seco é muito longo, fará com que o fio de soldagem derreta muito rápido, reduza a força de sopro do arco. Muito curto fará com que os respingos de óxido de metal na frente do bico condutor se acumulem muito rápido; Muito tempo reduzirá a tensão do arco e afetará a qualidade da soldagem. Além disso, você precisa verificar e limpar o bico condutor antes de soldar. O ângulo do fio de soldagem é geralmente necessário para manter 800 ~ 900 entre o fio de soldagem e a peça de trabalho para evitar o fluxo descendente de escória e ferro fundido perto da posição vertical, o que afeta a operação de soldagem suave e está sujeito a defeitos como inclusão de escória e porosidade.

  • Preparação necessária antes da soldagem.

A superfície das peças soldadas deve ser uniforme e lisa, não devendo haver ferrugem, escória, graxa e outras substâncias nocivas que afetem a qualidade da soldagem.