1. چرا تیتانیوم اینقدر جوش داده می شود؟
واکنش شدید در دماهای بالا: تیتانیوم به راحتی با اکسیژن ، نیتروژن و هیدروژن موجود در هوا هنگام گرم شدن بالاتر از 500 درجه (932 درجه F) واکنش نشان می دهد. این واکنشها ترکیبات بین فلزی شکننده (به عنوان مثال ، اکسید تیتانیوم ، نیترید تیتانیوم) و هیدریدها را در منطقه جوش تشکیل می دهند. حتی آلودگی ردیابی (به عنوان مثال ، 0.1 ٪ اکسیژن) می تواند انعطاف پذیری و چقرمگی جوش را به شدت کاهش دهد و منجر به ترک خوردگی یا نارسایی زودرس شود.
پنجره پردازش باریک: تیتانیوم دارای هدایت حرارتی کم (حدود 1/4 از فولاد) و یک نقطه ذوب بالا (1،668 درجه / 3،034 درجه f) است. این امر باعث گرمای بیش از حد موضعی در منطقه جوش می شود و خطر رشد بیش از حد دانه را افزایش می دهد-}} دانه های درشت جوش را تضعیف می کند و آن را مستعد ترک می کند. علاوه بر این ، ضریب بالای انبساط حرارتی تیتانیوم (در مقایسه با برخی از فلزات) فشارهای باقیمانده قابل توجهی را در حین خنک کننده ایجاد می کند و بیشتر خطرات ترک خوردگی را تشدید می کند.
حساسیت به آغوش هیدروژن: جذب هیدروژن (از رطوبت ، روغن یا گاز محافظ آلوده) منجر به تشکیل هیدریدهای تیتانیوم می شود که شکننده هستند و می توانند باعث ایجاد "ترک خوردگی هیدروژن" در منطقه آسیب دیده-}} منطقه (HAZ) شوند. بر خلاف برخی از فولادها ، تیتانیوم نمی تواند به راحتی هیدروژن جذب شده را از طریق گرمایش جوش - آزاد کند ، و باعث می شود تمیز کردن جوشکاری PRE {3}.
نیاز به محافظ دقیق: برای جلوگیری از آلودگی ، استخر جوش ، HAZ و حتی گرم (بالاتر از 300 درجه / 572 درجه فارنهایت) فلز پایه باید به طور مداوم با گاز بی اثر خلوص- بالا (به طور معمول آرگون یا هلیوم) در هنگام جوشکاری و خنک کننده محافظت شود. هرگونه شکاف در محافظ (به عنوان مثال ، از جریان گاز ضعیف ، پیش نویس ها یا طراحی مشعل نادرست) بلافاصله کیفیت جوش را تخریب می کند.
2. آیا می توانید تیتانیوم جوش لیزر را لیزر کنید؟
ورودی حداقل حرارت: جوشکاری لیزر از پرتوی انرژی متمرکز و متمرکز- استفاده می کند که گرما را به صورت محلی فراهم می کند و اندازه HAZ را کاهش می دهد. این باعث می شود رشد دانه ، تنش های باقیمانده و اعوجاج- برای حساسیت تیتانیوم به آسیب حرارتی بسیار مهم باشد.
سرعت پردازش زیاد: انرژی غلیظ اجازه می دهد تا سرعت جوش سریعتر ، که باعث می شود زمان تیتانیوم در معرض دمای بالا (کاهش خطرات آلودگی) قرار بگیرد و باعث افزایش کارایی تولید می شود.
دقت: پرتوهای لیزر را می توان در اندازه های کوچک (پایین به میکرون) متمرکز کرد و باعث جوشکاری ورق های نازک تیتانیوم (به اندازه نازک 0.1 میلی متر) یا هندسه های پیچیده (به عنوان مثال ، ایمپلنت های پزشکی کوچک) با تحمل های محکم می شود.
پیچیدگی محافظ کاهش یافته: در حالی که هنوز محافظ گاز بی اثر مورد نیاز است (برای جلوگیری از اکسیداسیون/نیتریداسیون) ، استخر جوش باریک و خنک کننده سریع میانگین محافظ فقط نیاز به پوشاندن یک منطقه کوچکتر در مقایسه با جوشکاری TIG دارد.
آماده سازی سطح: سطح بازتاب دهنده تیتانیوم (منعکس کننده 80-90 ~ از نور لیزر مادون قرمز نزدیک-) می تواند جذب انرژی را کاهش دهد. برای کاهش این موضوع ، درمان های سطح جوش 4} 4}} (به عنوان مثال ، شن و ماسه ، اچ شیمیایی یا استفاده از یک پوشش جذب کننده) اغلب برای بهبود اتصال انرژی لیزر استفاده می شود.
محافظت از انتخاب گاز: بالا-} خلوص آرگون (99.999 ٪) برای محافظ استاندارد است ، اما ممکن است هلیوم برای بخش های ضخیم تر استفاده شود (دارای هدایت حرارتی بالاتری ، بهبود اتلاف گرما و کاهش تخلخل) است.
کنترل تخلخل: در صورت وجود هیدروژن (از رطوبت یا سطوح آلوده) ، جوش های لیزر تیتانیوم مستعد تخلخل هستند یا اگر پارامترهای پرتو (به عنوان مثال ، قدرت ، سرعت) نادرست هستند. تمیز کردن جوشکاری قبل-} تمیز کردن جوش (برای از بین بردن روغنها ، اکسیدها یا رطوبت) و تمرکز پرتو بهینه برای به حداقل رساندن تخلخل ضروری است.
تجهیزات: سیستم های لیزر پالس (به عنوان مثال ، لیزرهای فیبر ، ND: لیزرهای YAG) معمولاً برای تیتانیوم مورد استفاده قرار می گیرند ، زیرا آنها امکان کنترل دقیق ورودی گرما {2} را برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مواد نازک یا ایجاد ترک خوردگی در آلیاژها مانند TI-6AL-4V فراهم می کنند.
3. چگونه می توان تیتانیوم را قبل از جوشکاری تمیز کرد؟
تمیز کردن حلال: ابتدا ، تیتانیوم را در حلال بی ثبات ، غیر - برای از بین بردن روغن ها ، برش مایعات یا اثر انگشت پاک یا غوطه ور کنید. حلالهای متداول شامل ایزوپروپیل الکل (IPA) ، استون ، متیل اتیل کتون (MEK) یا تری کلر اتیلن (TCE ، برای گریس سنگین استفاده می شود- توجه: TCE به دلیل خطرات سلامتی به تهویه مناسب نیاز دارد).
تمیز کردن آبی: برای قطعات بزرگتر یا تمیز کردن مقیاس - ، از یک تمیز کننده آبی قلیایی (به عنوان مثال ، محلول های خفیف هیدروکسید سدیم خفیف) در 50-70 درجه (122-158 درجه فارنهایت) استفاده کنید ، و به دنبال آن یک شستشوی کامل با آب دیونیزه شده (DI). این مرحله برای از بین بردن روغن-}} محلول و آلودگی های سبک مؤثر است.
نظافت مکانیکی: از ابزارهای ساینده استفاده کنید (به عنوان مثال ، برس های سیم استیل ضد زنگ-هرگز از برس های فولادی کربن استفاده نکنید، از آنجا که آنها می توانند باقیمانده های آهن را که باعث خوردگی می شوند ترک کنند) ، ماسهبازی (با اکسید آلومینیوم یا محیط کاربید سیلیکون ، 80-120 ریزه کاری) یا سنگ زنی (با چرخ های الماس یا مکعب نیترید بور (CBN)). تمیز کردن مکانیکی باید بلافاصله قبل از جوشکاری (طی 1-2 ساعت) انجام شود تا از اکسیداسیون مجدد- جلوگیری شود.
اچ شیمیایی: برای قطعات دقیق یا جایی که تمیز کردن مکانیکی ممکن است به سطوح آسیب برساند (به عنوان مثال ، ورق های نازک ، ایمپلنت های پزشکی) ، از یک اچانت شیمیایی برای حل لایه اکسید استفاده کنید. اچانت معمولی ترکیبی از اسید هیدروفلوئوریک (HF ، 10-20 ٪) و اسید نیتریک (HNO₃ ، 30-40 ٪) در آب است که به مدت 5 تا 15 دقیقه در دمای اتاق اعمال می شود. پس از اچ کردن ، برای از بین بردن باقیمانده های اسید کاملاً با آب DI بشویید (HF باقیمانده می تواند باعث گودبرداری شود).
ترشی: مشابه اچینگ ، ترشی از محلول اسید خفیف تر (به عنوان مثال ، HF رقیق) استفاده می کند تا اکسیدها را بدون از دست دادن مواد قابل توجهی از بین ببرد. این ماده اغلب برای تمیز کردن مکانیکی برای پست - استفاده می شود تا خراش های سطح را صاف کند.
