1. Introdução
Nossa empresa, juntamente com outras empresas, realiza frequentemente tarefas de soldagem e fabricação envolvendo ligas de titânio e outros metais não ferrosos. Inicialmente, para concluir com êxito as tarefas de produção, procurei informações, consultei especialistas e soldadores experientes e aprendi através de uma combinação de estudo e prática.
Eventualmente, atendemos com sucesso pedidos de soldagem e fabricação de ligas de titânio.
Posteriormente, participei de vários projetos de soldagem de ligas de titânio, aprendendo continuamente e adquirindo uma compreensão mais profunda da soldagem de ligas de titânio. Também resumi algumas experiências que podem ser usadas como referência para futuras soldagens de ligas de titânio.
2. Medidas do Processo de Soldagem
(1) Seleção adequada do método de soldagem:
Os métodos de soldagem comumente usados para titânio e ligas de titânio incluem soldagem a arco de argônio, soldagem a arco submerso e soldagem por feixe de elétrons a vácuo, entre os quais a soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG) é o mais amplamente utilizado. Portanto, optamos pela soldagem TIG.
(2) Seleção correta do fio de soldagem:
Ao selecionar o fio de soldagem, é necessário garantir que o teor de impurezas nocivas seja o mais baixo possível, ao mesmo tempo que atende aos requisitos de plasticidade e resistência da solda.
Geralmente, o princípio é utilizar fio de solda com a mesma composição do material de base. Em nossa soldagem real, usamos fio de solda de liga de titânio TA4 que tinha uma composição semelhante ao material base.
Posteriormente, para economizar materiais, cortamos os restos do material de base em tiras estreitas e as utilizamos como fio de solda, o que também rendeu bons resultados.
(3) Controle rigoroso da pureza do material:
A soldagem de ligas de titânio é propensa à formação de poros de hidrogênio e, às vezes, de poros de monóxido de carbono. Para evitar a porosidade, é necessário controlar rigorosamente o teor de impurezas como hidrogênio, oxigênio e carbono nas matérias-primas.
Realizamos testes físicos e químicos tanto no material de base quanto no fio de soldagem, e o fio de soldagem que utilizamos também foi submetido a tratamento de recozimento a vácuo para garantir que o teor de hidrogênio e oxigênio não excedesse os limites especificados.
(4) Gás de proteção:
Quando a espessura da folha de liga de titânio é inferior a 3,2 mm, o gás argônio puro é usado para blindagem. Como o lote de pedidos que recebemos consistia principalmente de chapas finas com espessura de 2mm, utilizamos gás argônio puro para blindagem, com exigência de pureza ≥99,99%.
O teor de oxigênio deve ser inferior a 0,002%, o teor de nitrogênio inferior a 0,005%, o teor de hidrogênio inferior a 0,002%, o teor de umidade inferior a 0,001mg/L e a umidade relativa ≤5%.
Além disso, para espessuras de chapa superiores a 3,2 mm, o gás de proteção argônio-hélio pode ser usado para aumentar a profundidade de penetração, melhorar a potência térmica do arco e aumentar a produtividade da soldagem. A proporção argônio-hélio é de 25% de argônio e 75% de hélio.
(5) Preparação de superfície:
Primeiramente, a limpeza mecânica é realizada para remover sujeira e incrustações de óxido da área de soldagem por meio de corte, jato de areia, jateamento ou escova de aço.
Em segundo lugar, a limpeza química é realizada usando solventes como álcool, acetona e tetracloreto de carbono para remover óleo, poeira e outros contaminantes da superfície da soldagem e do fio de soldagem.
Em seguida, um processo de decapagem utilizando HNO3 misturado com HF (10:1) é conduzido para remover óxidos até obter um brilho metálico branco prateado.
Após a decapagem, é feito um enxágue completo com água corrente, seguido de limpeza da superfície do fio de soldagem e da área de soldagem da soldagem com acetona ou álcool antes da soldagem.
Finalmente, a raspagem é realizada em áreas onde a decapagem ácida não é possível, utilizando um raspador de liga dura para remover aproximadamente 0,025mm da superfície metálica dentro de um intervalo de 15-20mm da ranhura e da borda da junta.
(6) Reforço das medidas de proteção:
Embora o titânio e as ligas de titânio tenham baixo teor de impurezas de enxofre e fósforo, eles ainda podem desenvolver trincas por tensão e trincas a frio quando não devidamente protegidas.
Além disso, o titânio é facilmente oxidado em altas temperaturas durante a soldagem. Se o metal de solda e a zona próxima à solda de alta temperatura, seja na parte frontal ou traseira, não forem efetivamente protegidos, eles estarão sujeitos à contaminação por impurezas como o ar, resultando em maior fragilização.
Evidências experimentais mostraram que o reforço da proteção contra gases na área de soldagem pode melhorar a estrutura da solda e prevenir a formação de trincas. Usamos os seguintes métodos de proteção:
Primeiramente foi confeccionado um dispositivo rotativo de proteção local. Criamos um dispositivo de proteção local com tamanho de “cortina” de 15mm×20mm, que gira em relação à peça durante a soldagem. A folga entre a peça de trabalho e a superfície giratória da “cortina” deve ser a menor possível, geralmente ≤0,5 mm.
Em segundo lugar, o uso de uma capa de proteção. Fizemos uma capa de blindagem com espessura de cerca de 1mm utilizando placas de cobre puro. O capô tem uma largura de 20-40 mm e um comprimento de 80-120 mm. O princípio é que o fluxo de gás entra pelo tubo de entrada e é distribuído uniformemente por uma fileira de pequenos orifícios ou fendas no tubo de distribuição antes de ser soprado para cima.
O revestimento externo da coifa reflete o fluxo de gás para baixo e, após passar por várias camadas de malha de fio de cobre fino, é distribuído uniformemente na soldagem. O principal requisito para a coifa é que o gás de proteção que flui para fora seja distribuído uniformemente em um fluxo laminar, em vez de em um fluxo turbulento. A transição interna do capô deve ser suave, com o mínimo de cantos mortos. Durante a soldagem, a coifa é posicionada contra a parte traseira da área de soldagem e se move junto com a tocha de soldagem.
Por último, proteção traseira. Durante a soldagem, a temperatura na parte traseira do cordão de solda também excede 400°C, portanto também requer proteção. Portanto, fizemos uma placa traseira de cobre que pode fornecer gás protetor. A placa de apoio é colocada na parte traseira do cordão de solda para isolá-lo do ar e acelerar o resfriamento na área de soldagem.
Quando a estrutura da peça é complexa e é difícil implementar coberturas de blindagem ou proteção traseira, pode-se utilizar o método de soldagem em caixa com evacuação a vácuo e enchimento com gás argônio. Isto garante que a peça de trabalho seja soldada em uma atmosfera inerte com proteção geral contra gases.
