סגסוגות טיטניום נמצאות בשימוש נרחב בתעופה וחלל, תעשיות כימיות והנדסה ימית בשל החוזק הספציפי הגבוה שלהן ועמידותן המצוינת בפני קורוזיה. עם זאת, לטיטניום יש תגובתיות כימית גבוהה במיוחד. כאשר הטמפרטורה עולה על הטווח של 500-700 מעלות, הוא יספוג חזק חמצן, מימן וחנקן מהאוויר. זה יגרום לפיצוח ריתוך והפחתת פלסטיות, מה שמשפיע באופן רציני על ביצועי המפרק. כתוצאה מכך, בעת ריתוך סגסוגות טיטניום, באמצעות שיטת ריתוך קשת ארגון (TIG) כדי להגן על הבריכה המותכת ועל אזורי הטמפרטורה הגבוהה- של תפר הריתוך עם טמפרטורות מעל 400 עד 650 מעלות צלזיוס, ולפיד ריתוך גדול-משמש להרחבת אזור ההגנה על הגז. כאשר הזרבובית לא יכולה לכסות ביעילות את הריתוך ואת המתכת בטמפרטורה גבוהה ליד הריתוך, יש להוסיף כיסוי להגנה על גז ארגון כדי להבטיח בידוד מוחלט מהאוויר לאורך כל התהליך.
הכנה- מראש לריתוך ועיצוב חריצים
ניקוי פני השטח
איכות פני השטח של הריתוך וחוט הריתוך קובעת ישירות את התכונות המכניות של המפרק המרותך. לפני הריתוך, חתיכת הבדיקה וחוט הריתוך צריכים לעבור טיפול שטיפה בחומצה, ולאחר מכן שטיפה במים נקיים וייבוש. לאחר מכן, יש לבצע ריתוך מיד. אם תנאי שטיפה חומציים אינם זמינים, ניתן להשתמש בממיסים אורגניים כגון אצטון, אתנול, פחמן טטרכלוריד או מתנול כדי לנגב בזהירות את חריץ לוחית הטיטניום ואת האזורים בטווח של 50 מ"מ משני הצדדים, פני השטח של חוט הריתוך והחלקים של מתקן הכלים במגע עם לוחית הטיטניום, הסרה יסודית של אבנית של איברים וחומרי חמצון אחרים.
ציוד ריתוך
עבור ריתוך קשת טיטניום וסגסוגת טיטניום, יש לבחור ספק כוח ריתוך ארגון DC עם מאפיין חיצוני יורד ופונקציית התחלת קשת בתדירות גבוהה-. כדי למנוע מתחמצן או זיהום התפר במהלך הקירור, יש להגדיר את מכונת הריתוך לזמן אספקת גז בפיגור של לא פחות מ-15 שניות. בדוגמה זו, נבחרה מכונת ריתוך קשת ארגון מסוג WSM-315 מסוג IGBT מהפך זרם ישר, שיכולה לעמוד בדרישות לעיל.
חומרי ריתוך
הדרישות לארגון גז המגן הן כדלקמן: הטוהר חייב להיות לא פחות מ-99.99%, נקודת הטל צריכה להיות נמוכה מ-40 מעלות, והלחות היחסית צריכה להיות פחות מ-5%. כאשר הלחץ בתוך גליל הארגון יורד ל-0.981 MPa, יש להפסיק את השימוש בו כדי להבטיח את אפקט ההגנה. באופן עקרוני, חוט הריתוך המלא צריך להיות מאותו חומר כמו המתכת הבסיסית; כדי לשפר את הפלסטיות של המפרק, ניתן לבחור גם חוט ריתוך מעט פחות סגסוגת, כגון TC3.
צורת חריץ
עיצוב החריץ צריך למזער את מספר שכבות הריתוך ואת כמות מתכת המילוי, שכן עלייה במספר השכבות תוביל לעלייה בספיגת הגזים המצטברת של תפר הריתוך, ותדרדר את ביצועי המפרק. בהתחשב בעובדה שגודל הבריכה המותכת גדול במהלך ריתוך סגסוגת טיטניום, יש לעבד את הריתוך עם חריץ יחיד בצורת V-, כאשר הזווית נשלטת ב-70 מעלות עד 80 מעלות.
פרמטרים של תהליך ריתוך ונקודות בקרה
הַלחָמָהפרמטרים של תהליך ונקודות בקרה
פרמטרי תהליך סבירים הם המפתח להבטחת איכות הריתוך. במהלך הפעולה, יש צורך לשלוט במדויק על קצב הזרימה והמהירות של גז הארגון כדי למנוע זרימה סוערת שמחלישה את האפקט המגן. ריתוך גז אינרטי טונגסטן ידני מתאים לריתוך של לוחות טיטניום דקים ופלטות טיטניום בינוניות-עבות. כל עוד הפרמטרים נבחרים כראוי, ניתן להגיע לאיכות ריתוך משביעת רצון. בנוסף, יש להשלים את כל תהליכי הניקוי בהקדם האפשרי ולבצע ריתוך במהירות כדי למנוע זיהום משני.
פגמים נפוצים ומנגנוני התיקון שלהם
סדקים קרים (סדקים מושהים)
בעת ריתוך טיטניום וסגסוגות טיטניום, ההסתברות שהמפרק ייצור סדקים חמים נמוכה ביותר. הסיבה לכך היא שהחומרים מכילים מעט מאוד זיהומים כגון גופרית, זרחן ופחמן, שקשה ליצור אותם נקודת -התכה- נמוכה, וטווח טמפרטורת ההתגבשות האפקטיבי הוא צר, עם כמות קטנה של התכווצות התמצקות. עם זאת, סדקים קרים עשויים להתרחש באזור-המושפע מהחום, המתבטאים בהופעה רק כמה שעות או אפילו יותר לאחר הריתוך, ומכאן נקראים סדקים מושהים.
היווצרותם של סדקים מושהים קשורה קשר הדוק להתנהגות המימן: במהלך תהליך הריתוך, מימן מתפזר מהבריכה המותכת-בטמפרטורה הגבוהה אל האזור המושפע-בטמפרטורה נמוכה יותר-, מה שמגדיל את תכולת המימן באזור זה. הוא יוצר פאזות TiH₂ שבירות ובאותו זמן, תרכובות המימן משקעות, וגורמות ללחצים מיקרו-סטרוקטורליים גדולים עקב התרחבות הנפח. בנוסף, אטומי מימן מצטברים באזורי לחץ- גבוהים, מה שמוביל בסופו של דבר להתחלה והתפשטות הסדקים.
נַקבּוּבִיוּת
נקבוביות היא פגם נפוץ נוסף בריתוך סגסוגת טיטניום. הסיבה הבסיסית שלו קשורה גם למימן. המסיסות של מימן ב--Ti נמוכה ביותר, והיא רק כ-0.002% (שבריר מסה) בטמפרטורת החדר. כאשר הריתוך או האזור המושפע-מתקרר מתחת ל-300 מעלות, המימן הרווי יתר-משקע בצורה של טיטניום הידריד (פאזה), מלווה בהתרחבות נפח ולחץ בין-גרגירי. זה עלול לגרום למיקרו-סדקים בין-גרנוליים. מיקרו-סדקים אלה, תחת כוחות חיצוניים, יתרחבו לסדקים מקרוסקופיים, ונוכחות נקבוביות מפחיתה משמעותית את חוזק העייפות של המפרק.
לסיכום, המפתח להצלחה של ריתוך סגסוגת טיטניום טמון בניקוי מוקדם- של ריתוך, מניעת חמצון וספיגת מימן לאורך התהליך, הגנה על גזי ארגון בטוהר- גבוה, עיצוב חריצים סביר ובקרת תהליכים מדויקת. ריתוך ידני של גז טונגסטן אינרטי בשילוב עם הגנה על לוחית כיסוי ממוגן הוא פתרון יעיל בפרקטיקה ההנדסית הנוכחית, שיכול להשיג באופן יציב חיבורי ריתוך באיכות גבוהה- העומדים בדרישות השימוש.
קרא עוד:
ניתוח של ביצועי חיתוך וריתוך של צלחת טיטניום TA2
הסבר מפורט על טכנולוגיית ריתוך לתיקון צינורות מסגסוגת טיטניום