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どのようにチタン合金を溶接する? そして予防措置

Posted by: castingdie 2021-07-28 どのようにチタン合金を溶接する? そして予防措置 はコメントを受け付けていません

チタンおよびチタン合金の溶接特性は、多くの顕著な特徴を有する。 これらの溶接特性は、チタンおよびチタン合金の物理的および化学的特性に依存する。 ガスや不純物の混入、溶接性能への影響。

現在、TC4チタン合金では、TIG溶接またはプラズマアーク溶接が溶接に使用されています。 しかしながら、両方の方法ははんだ材料の充填を必要とする。 シールドガスの制限、純度及び効果により、継手の酸素含有量が増加し、強度が低下し、溶接後の変形が大きい。 TC4チタン合金の溶接プロセス性能を電子ビーム溶接とレーザービーム溶接で研究し、材料の精密溶接を実現した。

TC4チタン合金溶接プロセスは、以下の特徴を有する。
(1)気孔を溶かす傾向。

溶接部の空隙は、チタン合金溶接における最も一般的な欠陥である。 溶接される金属のアーク領域に存在する水素および酸素が、細孔の主な原因である。 TC4チタン合金の電子ビーム溶接は、溶接部にボイド欠陥がほとんどない。 従って、この研究は、レーザ溶接溶接における孔形成のプロセス要因に焦点を当てている。
試験結果から、レーザ溶接の際に、溶接部の孔が溶接線エネルギーに密接に関連していることがわかる。 溶接ラインのエネルギーが適度である場合、溶接部にはほんの少量の孔または空隙しか存在しません。 ラインエネルギーが大きすぎるかまたは小さすぎると、溶接部に深刻な空隙欠陥が生じる可能性があります。 さらに、溶接部のボイド欠陥の有無は、溶接部の肉厚にも関係します。 試料の試験結果を比較すると、溶接された壁の厚さが増加するにつれて、溶接部に気孔が生じる可能性が増加することが分かる。

(2)溶接の内部品質。
フラット溶接バットサンプル、電子ビーム溶接およびレーザー溶接を使用して、溶接部の内部品質を確認した。 検査後、溶接部の内部溶接品質は、GB3233-87 Class IIの要件を満たすためにX線によってチェックされます。 溶接面と内部には亀裂がありません。 溶接部は良好な外観および通常の色を有する。

(3)はんだ深さとその変動。
チタン合金は、工学部品として使用されており、溶接深さに関する一定の要件を有しており、そうでなければ、部品の強度要件を満たすことができない。 この目的のために、2対のバット試験リングを、電子ビーム溶接およびレーザ溶接によって個別にはんだ付けした。
溶接後、溶接深さと溶接深さの変動を調べるために、試験リングに垂直および水平解剖を行った。
その結果、電子ビーム溶接の平均溶接深さは2.70mm以上になり、溶接深度の変動幅は-5.2%〜+ 6.0%で±10%を超えないことがわかった。
レーザ溶接の平均溶接深さは約2.70mmであり、溶接深さは-3.8から+ 5.9%まで変動し、±10%を超えない。

(4)変形解析。
バット試験リングで接合部の溶接変形を検出し、バットリングの径方向および軸方向の変形を調べたところ、電子ビーム溶接およびレーザー溶接変形は小さかった。 電子ビーム溶接は、半径方向の収縮変形がf 0.05〜f 0.09mm、軸方向の収縮が0.06〜0.14mmである。 レーザ溶着の径方向の収縮変形量はf 0.03〜f 0.10mm、軸方向の収縮変形量は0.02〜0.03mmである。

(5)溶接構造の解析。
化学的試験の後、溶接部の微細構造は+ bであり、微細構造は円柱状であり、等軸である。 少量のラスマルテンサイトが現れ、結晶粒の大きさはマトリックスの近くにある。 熱影響部は比較的狭く、組織形態および特性は理想的である。

研究は描くことができます:
TC4チタン合金の場合、レーザー溶接でも電子ビーム溶接でも、プロセスパラメータが適切に一致する限り、溶接の内部品質は国家標準のGB3233-87II溶接条件に一致します。 TC4チタン合金の精密溶接、優れた溶接外観と通常の色、残留溶接高さは非常に小さく、アンダーカット、凹み、表面割れなどの欠陥はありません。

異なるガスのチタン溶接への影響
チタンおよびチタン合金は、室温で比較的安定である。 しかし、試験中、液滴およびプール金属は、はんだ付けプロセス中に強い水素、酸素および窒素の吸収を有していた。 これらのガスは固体状態でそれらと反応する。 温度が上昇するにつれて、チタンおよびチタン合金が水素、酸素および窒素を吸収する能力もまた著しく増加する。 これは、約250℃で水素を吸収し始め、400℃で酸素を吸収し、600℃で窒素を吸収する。 これらのガスの吸収は、溶接継手の脆化に直接つながり、これは溶接品質に影響を与える非常に重要な要素である。

(1)水素の影響
水素は、ガス状不純物中のチタンの機械的特性に影響を及ぼす最も深刻な要因である。 溶接部の水素含有量の変化は、溶接部の衝撃性能に最大の影響を与えます。これは、主に接合部の水素含有量の増加によるものです。 溶接部には、より多くのフレーク状または針状のTiH2堆積物がある。 TiH2の強度は非常に低いので、HiH2などのシートやニードルの効果がノッチであり、溶接部の衝撃性能が著しく低下します。 溶接部の水素含有量の変化は、強度の増加および延性の低下に大きな影響を与えない。

(2)酸素の影響
酸素は、チタンのアルファ相とベータ厚の両方において高い融解度を有し、ギャップ固相を形成することができる。 チタン結晶の創傷はひどく歪んでおり、それによってチタンおよびチタン合金の硬度および強度が高まり、それによって可塑性が著しく低下する。 溶接継手の性能を保証するために、溶接プロセス中の熱影響部での溶接および溶接の発生を厳密に防止することに加えて、母材およびワイヤの酸素含有量を制限する必要がある。

(3)窒素の影響
700℃の高温では、窒素とチタンが脆い窒化チタン(RIN)の形成に役割を果たす。 また、窒素とチタンがギャップ固溶体を形成すると、窒素による格子歪みの程度は、酸素による格子歪みの程度よりも深刻である。 したがって、窒素は、工業用純チタン溶接の引張強さ、硬度および溶接延性を改善し、これは酸素よりも重要である。

(4)炭素の影響
炭素は、チタンおよびチタン合金の一般的な不純物でもある。 実験では、炭素含有量が0.13%の場合、α-チタンの炭素含有量がより深くなり、溶接強度の限界が改善され、可塑性はわずかに低下するが、酸素および窒素ほど強くはないことが示される。 しかし、溶接部の炭素含有量をさらに増加させると、溶接部のメッシュはTiCとなり、TiC量は炭素含有量が増加するにつれて増加する。 その結果、溶接部の塑性性が著しく低下し、溶接応力の影響で亀裂が発生する可能性がある。 したがって、チタンおよびチタン合金の卑金属は、0.1%以下の炭素含有量を有し、溶接された炭素含有量は、母材の炭素含有量を超えない。