ความท้าทายและเทคโนโลยีกระบวนการสำคัญในการเชื่อมโลหะผสมทองแดงและไทเทเนียม

ทองแดง,ไทเทเนียมและโลหะผสมไททาเนียมเป็นวัสดุโครงสร้างโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรม วัสดุทั้งสองมีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมและทนทานต่อการกัดกร่อน และการใช้งานในโครงสร้างคอมโพสิตที่เกี่ยวข้องกับวัสดุที่แตกต่างกัน-เช่น ในอุปกรณ์ระดับสูง- อุปกรณ์การประมวลผลทางเคมี และการผลิตที่มีความแม่นยำ-ยังคงเติบโตต่อไป อย่างไรก็ตาม ทองแดงและไทเทเนียมมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในแง่ของโครงสร้างผลึก จุดหลอมเหลว ค่าการนำความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น และคุณสมบัติทางเคมี พวกมันประกอบด้วยโลหะที่แตกต่างกันโดยทั่วไปซึ่งเชื่อมได้ยาก และกระบวนการเชื่อมมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง เช่น ความพรุน รอยแตกร้าว และคุณสมบัติทางกลลดลง บทความนี้วิเคราะห์ความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมทองแดง-วัสดุที่ไม่เหมือนกันของไทเทเนียมอย่างเป็นระบบ และให้คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับประเด็นสำคัญในการปฏิบัติงานและมาตรฐานพารามิเตอร์สำหรับกระบวนการเชื่อมกระแสหลักและสมบูรณ์

I. ความท้าทายหลักในการเชื่อมโลหะที่แตกต่างจากทองแดง-ด้วยไทเทเนียม

ทองแดงและไทเทเนียมเป็นโลหะที่มีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีแตกต่างกันอย่างมากมาย กระบวนการเชื่อมทางโลหะวิทยามีความซับซ้อน และความเข้ากันได้ของกระบวนการนั้นแย่มาก ทำให้เกิดข้อบกพร่องสูง ซึ่งโดยหลักแล้วจะแสดงออกเป็นสามประเด็นหลัก ได้แก่ ความพรุน รอยแตกของรอยเชื่อม และการเสื่อมสภาพของคุณสมบัติของข้อต่อ

1. รอยแตกตามขอบเกรนที่เกิดจากยูเทคติกส์ที่มีจุดหลอมเหลว-ต่ำ-: ธาตุที่ไม่บริสุทธิ์ในทองแดง เช่น บิสมัท ตะกั่ว ซัลเฟอร์ และออกซิเจน ก่อให้เกิดเฟสยูเทคติกที่มีจุดหลอมเหลว- -ต่ำต่างๆ ด้วยทองแดง รวมถึงทองแดง-บิสมัทยูเทคติกที่ 270 องศา ทองแดง- ตะกั่วยูเทคติกที่ 326 องศา และทองแดง-ทองแดง(I) ยูเทคติกที่ 1,067 องศา โครงสร้าง-จุดหลอมเหลว-ต่ำเหล่านี้กระจายอยู่ที่ขอบเขตของเกรนและมีแนวโน้มสูงที่จะทำให้เกิดการแตกร้าวเปราะตามขอบเกรนในระหว่างกระบวนการทำความเย็นของการเชื่อม

2. การแตกร้าวของไฮโดรเจนที่ด้านไทเทเนียม: หลังจากการดูดซับไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูง ไทเทเนียมจะเกิดเป็นโครงสร้างที่เปราะ{1}}เหมือนไทเทเนียมไฮไดรด์ ส่งผลให้เกิดการเปราะของไฮโดรเจนอย่างรุนแรง สิ่งนี้จะช่วยลดความเหนียวของข้อต่อด้านไทเทเนียมลงอย่างมาก และทำให้เกิดข้อบกพร่องในการแตกร้าว

3. การแตกร้าวของความเข้มข้นของความเครียดจากความร้อน: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของทองแดงและไทเทเนียมแตกต่างกันมากกว่าสองเท่า ในระหว่างการให้ความร้อนและการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วของรอยเชื่อม โลหะพื้นฐานทั้งสองจะหดตัวและเสียรูปในอัตราที่ต่างกัน ทำให้เกิดความเค้นจากการเชื่อมที่ตกค้างอยู่ภายในข้อต่อ ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การแตกร้าวในรอยเชื่อมและ-บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน

ครั้งที่สอง กระบวนการเชื่อมทั่วไปและกระบวนการเชื่อมผู้ใหญ่สำหรับโลหะผสมทองแดงและไทเทเนียม

เพื่อจัดการกับความท้าทายของข้อบกพร่องในการเชื่อมในวัสดุทองแดง-ไทเทเนียมที่แตกต่างกัน อุตสาหกรรมได้ทำการทดลองกระบวนการอย่างกว้างขวางและยืนยันว่าการเชื่อมแบบกระจายสุญญากาศ การเชื่อม TIG การเชื่อมอาร์กพลาสมา การบัดกรีแข็ง และการเชื่อมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน ล้วนสามารถบรรลุการเชื่อมที่มั่นคง ทำให้เกิดข้อต่อที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมและข้อบกพร่องที่ควบคุมได้ การเชื่อมแบบกระจายสุญญากาศและการเชื่อม TIG เป็นกระบวนการหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรม

(1) การเชื่อมแบบกระจายสุญญากาศ (กระบวนการที่ต้องการสำหรับความแม่นยำสูง) การเชื่อมแบบกระจายสุญญากาศไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางโลหะวิทยาที่หลอมละลาย และมีข้อดีของข้อต่อแบบออกซิเดชั่น- ไร้รอยต่อ ผิวสำเร็จสวยงาม ข้อบกพร่องน้อยที่สุด และประสิทธิภาพที่มั่นคง เป็นกระบวนการที่แนะนำสำหรับการเชื่อมส่วนประกอบทองแดง-ไทเทเนียมที่มีความแม่นยำไม่เหมือนกัน และเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง-

1. การปรับสภาพวัสดุฐานก่อนการเชื่อม - ทองแดง (ทองแดงบริสุทธิ์ T2): ทำความสะอาดพื้นผิวของน้ำมันและสิ่งสกปรกอย่างทั่วถึงโดยใช้ไตรคลอโรเอทิลีน กัดกรดซัลฟิวริก 10% เป็นเวลา 1 นาที ล้างออกให้สะอาดด้วยน้ำกลั่น จากนั้นจึงทำการหลอม ควบคุมอุณหภูมิการอบอ่อนระหว่าง 820 องศาถึง 830 องศาและค้างไว้เป็นเวลา 10 นาทีเพื่อขจัดความเครียดภายในวัสดุฐาน. - การบำบัดด้วยไทเทเนียม (GR2 ไทเทเนียมบริสุทธิ์): หลังจากล้างไขมันและทำความสะอาดด้วยไตรคลอโรเอทิลีน วัสดุจะถูกกัดด้วยการสั่นสะเทือนเป็นเวลา 4 นาทีในสารละลายน้ำที่มีกรดไฮโดรฟลูออริก 2% และกรดไนตริก 50% เพื่อขจัดชั้นออกไซด์ของพื้นผิวออกอย่างทั่วถึง สุดท้าย ล้างตามลำดับด้วยน้ำและแอลกอฮอล์ จากนั้นผึ่งลม-ให้แห้งและพักไว้เพื่อใช้

2. พารามิเตอร์กระบวนการเชื่อมหลัก: ประกอบวัสดุฐานทองแดงและไทเทเนียมที่ผ่านการปรับสภาพแล้วอย่างแม่นยำ และวางไว้ในเตาเชื่อมสุญญากาศเพื่อการประมวลผล พารามิเตอร์กระบวนการมาตรฐาน: อุณหภูมิการเชื่อม 810 องศา ± 10 องศา แรงดันในการเชื่อม 5–10 MPa เวลายึดภายใต้แรงดัน 10 นาที และระดับสุญญากาศคงที่ระหว่าง 1.3332 × 10⁻⁸ และ 1.3332 × 10⁻⁹ MPa กระบวนการนี้สามารถปรับให้เหมาะสมได้อย่างยืดหยุ่น ไนโอเบียมสามารถเพิ่มเป็นชั้นการแพร่กระจายระดับกลางเพื่อยับยั้งการก่อตัวของสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่เปราะและเพิ่มประสิทธิภาพของข้อต่อ เมื่อไม่มีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพพิเศษ ก็สามารถเชื่อมโดยตรงได้ ตามด้วยการทำความสะอาดพื้นผิวข้อต่ออย่างละเอียดหลังการเชื่อม

(II) การเชื่อมด้วยก๊าซเฉื่อยทังสเตน (TIG) (กระบวนการ-วัตถุประสงค์-ประสิทธิภาพสูงทั่วไปในอุตสาหกรรม) การเชื่อม TIG นั้นใช้งานง่ายและปรับเปลี่ยนได้สูง ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตเป็นชุดของส่วนประกอบคอมโพสิตทองแดง- ขนาดกลาง- ถึงใหญ่- ไทเทเนียม ด้วยการปรับวัสดุสิ้นเปลืองและกระบวนการให้เหมาะสม จึงสามารถหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องในการเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ อิเล็กโทรดทังสเตนซีเรียม-เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับการเชื่อม เมื่อเปรียบเทียบกับอิเล็กโทรดทังสเตนแบบดั้งเดิม อิเล็กโทรดเหล่านี้ให้การเริ่มต้นอาร์กที่เสถียรและการป้อนความร้อนที่เข้มข้น ซึ่งไม่เพียงแต่ปรับปรุงคุณภาพการก่อตัวของเม็ดบีดเชื่อม แต่ยังให้ข้อดีของการเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและไม่-เป็นพิษ สำหรับการเชื่อมที่ไม่เหมือนกันของโลหะผสมทองแดง QCr0.5-กับโลหะผสมไทเทเนียม TC2 -วิธีแก้ปัญหามาตรฐานอุตสาหกรรมคือการใช้ไนโอเบียมเป็นชั้นบัฟเฟอร์การเปลี่ยนผ่านเพื่อป้องกันปฏิกิริยาโดยตรงระหว่างทองแดงและไทเทเนียม เมื่อใช้ร่วมกับการป้องกันก๊าซอาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูง 99.8%- สิ่งนี้จะยับยั้งการเกิดออกซิเดชัน ความพรุน และการก่อตัวของโครงสร้างจุลภาคที่เปราะได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เกิดข้อต่อเชื่อมคุณภาพสูง-ที่ตรงตามข้อกำหนดด้านความต้านทานทางกลและการกัดกร่อน

เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ การเชื่อมโลหะผสมทองแดงและไทเทเนียมที่ไม่เหมือนกันทำให้เกิดความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญสามประการ: อุบัติการณ์สูงของความพรุน ความไวต่อการแตกร้าว และการแตกร้าวของข้อต่อ ปัญหาหลักอยู่ที่การดูดซับก๊าซที่อุณหภูมิสูง- การก่อตัวของยูเทคติก-จุดหลอมเหลว-ต่ำ การตกตะกอนของสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่เปราะ และความเข้มข้นของความเค้นในการเชื่อม ในการผลิตทางอุตสาหกรรมจริง การเชื่อมแบบกระจายสุญญากาศเป็นวิธีที่นิยมสำหรับส่วนประกอบที่มีความแม่นยำสูง- เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของข้อต่อและความแม่นยำในการขึ้นรูป สำหรับส่วนประกอบทางอุตสาหกรรมทั่วไป สามารถเลือกการเชื่อม TIG ด้วยกระบวนการที่เหมาะสมที่สุดเพื่อสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพการเชื่อม ด้วยการปรับสภาพโลหะพื้นฐานที่เป็นมาตรฐาน การควบคุมพารามิเตอร์การเชื่อมที่แม่นยำ และการเลือกวัสดุชั้นเปลี่ยนผ่านที่เหมาะสม ข้อบกพร่องในการเชื่อมทองแดง-ไทเทเนียมที่ไม่เหมือนกันสามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยให้สามารถประยุกต์ใช้วัสดุประสิทธิภาพสูงทั้งสองนี้-แบบผสม และใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบด้านโครงสร้างและการทำงานของวัสดุทั้งสองชนิดนี้ได้อย่างเต็มที่

อีเมล:garychen3215@hotmail.com ;

ที่อยู่: No.35, Baoti Rd, เมือง Baoji, มณฑลส่านซี, จีน

ติดต่อ:คุณแกรี่ ชาน

โทรศัพท์: +86-917-8883215

มือถือ/WhatsApp: +86 13092900605