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チタン合金部品加工・溶接技術

キーワード:溶接、溶接ワイヤ、アルゴンアーク溶接、チタン合金部品の加工
抄録チタンおよびチタン合金の材料特性とチタン合金部品の溶接性を紹介した。 さらに、チタンおよびチタン合金の溶接における酸化、亀裂およびボイド欠陥について溶接性試験を行った。 我々は引き続きチタンとチタン合金の溶接プロセス仕様、ならびに試験プロセスの合理的な分析における問題を調査し、チタンとチタン合金の溶接プロセス特性と操作方法を要約することができます。


チタンおよびチタン合金の分類と特徴
国内の工業用純チタンには、TA1、TA2、TA3の3種類があります。 違いは、水素と酸素を含む不純物の含有量が異なることです。 これらの不純物は工業用純チタンを強化するが、可塑性は著しく低下する。 工業用純チタンは、強くはないが、優れた可塑性および靭性、特に良好な低温衝撃靭性および良好な耐食性を有する。 そのため、主に化学工業、石油工業などで使用されており、実際には350℃以下の作業条件で使用されています。チタン合金は、チタン合金の焼鈍状態の室温構造によって3つのタイプに分類することができる。ニオブ型チタン合金、(α+β)型チタン合金、β型チタン合金。 α型チタン合金の中では、TA4、TA5およびTA6Ti − Al合金ならびにTA7およびTA8Ti + Al + Sn合金が広く使用されている。 この合金は室温で931N / mm 2の強度を有しそして高温(500℃未満)で安定でありそして良好なはんだ付け性を有する。 中国では、β型チタン合金の量が少なく、その使用範囲をさらに拡大する必要があります。

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チタンおよびチタン合金のはんだ付け性
       チタンおよびチタン合金の溶接特性は多くの注目すべき特徴を有する。 これらの溶接特性は、チタンおよびチタン合金の物理化学的性質によって決定されます。
(1) 溶接性能に及ぼすガスおよび不純物汚染の影響
常温では、チタンおよびチタン合金は比較的安定している。 しかし、試験では、はんだ付けプロセス中に、液滴およびプール金属は水素、酸素および窒素を強く吸収し、そして固体状態ではこれらのガスはそれらと反応した。 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増加する。 約250℃で、それは水素を吸収し始め、400℃から酸素を吸収し、そして600℃から窒素を吸収し始める。 これらのガスが吸収されると、それらは直接溶接継手の脆さにつながります。これは溶接の品質に影響を与える非常に重要な要素です。


水素は、気体不純物中のチタンの機械的性質に影響を与える最も重大な要因です。 溶接部の水素含有量の変化は、溶接部の衝撃特性に最も大きな影響を与えます。 主な理由は、溶接部の流体弾性が増加するにつれて、溶接部から析出するフレークまたは針状のTiH 2の量が増加することである。 TiH 2の強度は非常に低いので、シート状または針状のHiH 2の影響は切り欠かれ、衝撃特性は著しく低下し、溶接水素含有量の変化が強度および可塑性に及ぼす影響は重要ではない。

酸素効果
酸素は、チタンのアルファ相およびベータ相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。 チタンの結晶創傷はひどく歪んでおり、チタンおよびチタン合金の硬度および強度を増加させ、その結果可塑性が著しく低下する。 溶接継手の性能を確実にするために、溶接工程中の溶接部の主酸化および熱影響部溶接を厳密に防止することに加えて、母材およびワイヤ中の酸素含有量を制限すべきである。


窒素の影響
窒素とチタンは700℃を超える高温では激しい影響を及ぼします。 脆い窒化チタン(RIN)および窒素とチタンとの間の侵入型固溶体の形成によって引き起こされる格子歪みは、酸素の量によって引き起こされる格子歪みよりも深刻である。 したがって、窒素は工業用純チタン溶接部の引張強度と硬度を高め、酸素よりも溶接部の塑性を低下させる。

カーボン効果
炭素もチタンおよびチタン合金中の一般的な不純物である。 炭素含有量が0.13%のとき、溶接強度限界が増加しそして塑性が減少することを実験は示したが、炭素の効果は酸素と窒素のそれほど強くはない。 しかしながら、溶接部の炭素含有量がさらに増加すると、網状TiCが溶接部に現れ、その量は炭素含有量が増加するにつれて増加する。 そのため、溶接ビードの塑性が急激に低下し、溶接応力下で割れが発生しやすくなる。 したがって、チタンおよびチタン合金基材の炭素含有量は0.1%以下であり、溶接部の炭素含有量は基材の炭素含有量を超えない。


溶接継手亀裂問題
チタンおよびチタン合金を溶接するとき、溶接継手の高温割れの可能性は小さい。 これは、チタンおよびチタン合金中のS、P、Cおよび他の不純物の含有量が非常に少なく、SおよびPによって形成される低融点共晶が粒界に現れにくいためである。 さらに、有効結晶化温度間隔は狭く、チタンおよびチタン合金の凝固収縮は小さく、溶接金属は熱亀裂を発生しない。 チタンおよびチタン合金を溶接すると、熱影響部に低温割れが発生する可能性があり、これは溶接後数時間以上遅れた割れとして生じる割れを特徴とする。 研究によると、亀裂は溶接中の水素の拡散に関係しています。 溶接プロセス中に、水素は高温深部プールから低温熱影響部に拡散する。 水素含有量の増加は、その領域から沈殿したTiH 2の量を増加させ、そして熱影響部の脆さを増加させる。 さらに、水素化物沈殿物の体積膨張はより大きな組織応力をもたらし、その領域内の高応力領域への水素原子の拡散および蓄積は亀裂の形成をもたらす。 このような遅れ亀裂を防止するための主な方法は、溶接継手中の水素源を減らすことである。


溶接チタンブルーカー排気管

3.溶接部のポロシティ
孔は、チタンおよびチタン合金を溶接するときの一般的な問題です。 細孔の形成の根本的な原因は水素の影響の結果です。 溶接金属中にボイドが形成されると、主に継手の疲労強度に影響を与えます。 気孔を予防するための主な技術的対策は次のとおりです。
(1)保護は純粋でなければならず、純度は99.99%以上でなければなりません。
(2)溶接部表面およびワイヤ表面の鱗片状油などの有機物を徹底的に除去します。
(3)溶融池に十分なガス保護を施し、アルゴンガスの流れと流れを制御し、乱流を防ぎ、保護効果に影響を与えます。
(4)溶接パラメータを正しく選択し、深部プール滞留時間を増加させる。これは気泡の漏出を助長し、気孔率を効果的に減少させる。
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