Millors mètodes de soldadura forta per a titani i aliatges de titani

El titani i els seus aliatges, que es componen d'elements com ara ferro, alumini, vanadi i molibdè, tenen excel·lents propietats físiques i mecàniques, com ara alta resistència, alta resistència a la calor i bona resistència a la corrosió. S'utilitzen àmpliament en camps d'alta tecnologia com ara l'enginyeria química, l'enginyeria marina, el transport, la medicina, la construcció, l'aeroespacial i les indústries militars i són importants materials estructurals lleugers. Entre ells, l'aeroespacial és una important àrea d'aplicació aigües avall.
El titani i els seus aliatges són metalls reactius i s'utilitzen àmpliament en les indústries aeroespacial, petroquímica i nuclear. Els principals problemes en la soldadura forta de titani i els seus aliatges són els següents:
① La pel·lícula d'òxid estable a la superfície. El titani i els seus aliatges tenen una forta afinitat per l'oxigen i són fàcils de generar una pel·lícula d'òxid estable a la superfície, que dificulta la humectació i la propagació del material de soldadura. Per tant, s'ha d'eliminar durant la soldadura.
② Absorbeix fortament els gasos. El titani i els seus aliatges tenen tendència a absorbir hidrogen, oxigen i nitrogen durant el procés d'escalfament, i com més alta sigui la temperatura, més forta serà l'absorció, la qual cosa condueix a una forta disminució de la plasticitat i la duresa del titani. Per tant, la soldadura s'ha de dur a terme en buit o atmosfera inert.
③ Fàcil de formar compostos intermetàl·lics. El titani i els seus aliatges poden reaccionar amb la majoria dels materials de soldadura per formar compostos trencadissos, fent que les articulacions es tornin trencadisses. Per tant, el material de soldadura que s'utilitza per soldar altres materials bàsicament no és adequat per a la soldadura de metalls reactius.
④ L'estructura i les propietats són propenses a canviar. El titani i els seus aliatges pateixen una transformació de fase i un engrossiment del gra durant l'escalfament. Com més alta sigui la temperatura, més greu serà l'engreixament, de manera que la temperatura per a la soldadura a alta temperatura no hauria de ser massa alta.
En resum, quan es solda titani i els seus aliatges, s'ha de parar atenció a la temperatura d'escalfament de la soldadura. En general, la temperatura de soldadura forta no ha de superar els 950-1000 graus, i com més baixa sigui la temperatura de soldadura, menor serà l'impacte sobre les propietats del material base. Per als aliatges temperats i temperats, la soldadura forta també es pot dur a terme amb la condició de no superar la temperatura d'envelliment.
Per evitar l'oxidació i les reaccions d'absorció d'oxigen i hidrogen a la junta soldada, la soldadura de titani i aliatge de titani es realitza en un buit i atmosfera inert i, en general, no s'utilitza la soldadura amb flama. Quan es solda al buit o al clor, es pot utilitzar calefacció d'alta freqüència, calefacció del forn i altres mètodes, que tenen una velocitat d'escalfament ràpida i un temps de retenció curt, donant com a resultat una capa més fina de compostos a la zona d'interfície i un millor rendiment de la junta. Per tant, la temperatura de soldadura i el temps de retenció s'han de controlar per fer que el material de soldadura flueixi a l'espai.
La raó per la qual la soldadura de titani i els seus aliatges es realitza millor en buit i argó és que, tot i que el titani té una gran afinitat per l'oxigen, pot obtenir una superfície llisa en buit de 13,3 Pa a causa de la dissolució de la pel·lícula d'òxid a la superfície.
Quan es solda en una atmosfera d'argó i l'interval de temperatura de soldadura és de 760-927 graus, es requereix argó d'alta puresa per evitar que el titani es decolori. En general, s'utilitza argó líquid en contenidors d'emmagatzematge de refrigerants perquè té una puresa elevada.
Quan es solda titani i aliatges de titani, sovint es formen compostos intermetàl·lics trencadissos a la interfície o a la bretxa de soldadura, reduint així el rendiment de la junta soldada. La unió de difusió es pot utilitzar per millorar el rendiment de la junta soldada. Durant la soldadura, es col·loca una làmina de coure de 50 μm de gruix, una làmina de níquel o una làmina de plata entre els aliatges de titani, que, respectivament, formen eutèctics Cu-Ti, Ni-Ti i Ag-Ti basant-se en la reacció de contacte entre el titani i aquests metalls. A continuació, aquests compostos intermetàl·lics fràgils es difonen. L'articulació unida per difusió té un rendiment relativament bo a una temperatura i un temps determinats.
A més, els aliatges de titani + -en fase es poden utilitzar en estats recuits, tractats amb solució o envellits. Si es requereix recuit després de la soldadura, hi ha tres esquemes disponibles: soldadura a la temperatura de recuit o per sota de la temperatura després del recuit; soldar a una temperatura superior a la temperatura de recuit i adoptar un procés de refrigeració segmentat en el cicle de soldadura per obtenir una estructura de recuit; i soldadura a una temperatura superior a la temperatura de recuit i després recuit.