O titânio é um metal altamente reativo com propriedades químicas únicas. Exibe uma forte afinidade por oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e outros gases, especialmente em altas temperaturas.
Esta propriedade é particularmente pronunciada durante o processo de soldagem do titânio, onde a resistência desta habilidade aumenta com a temperatura.
A experiência tem mostrado que se a absorção e dissolução de gases como oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e outros não forem controladas durante a soldagem, isso pode representar desafios significativos para o processo de soldagem de juntas de titânio.
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1. Prefácio
A soldagem de titânio é um método de soldagem frequentemente usado. O controle de qualidade da soldagem no processo de soldagem de titânio tem um impacto significativo na cor da solda resultante.
Devido à natureza visual da cor da solda de titânio, o estudo da correlação entre a cor da costura de soldagem de titânio e a qualidade da soldagem é altamente significativo.
Neste artigo, pretendemos explorar a relação entre a qualidade da soldagem de titânio e a cor da costura de soldagem de titânio com base em nossa extensa pesquisa sobre controle de qualidade e tecnologia de soldagem de titânio, bem como experiência prática na área. Esperamos que este artigo possa contribuir para futuras pesquisas nesta área.
2. Efeito das características do titânio na soldagem de titânio
1. Efeito do oxigênio e nitrogênio
A fusão intersticial de oxigênio e nitrogênio sólidos dentro do titânio pode distorcer sua estrutura reticular, resultando em aumento da resistência à deformação, resistência e dureza, ao mesmo tempo em que diminui sua plasticidade e tenacidade.
Recomenda-se evitar a presença de oxigênio e nitrogênio durante a soldagem, pois podem ter efeitos desfavoráveis.
2. Efeito do hidrogênio
A adição de hidrogênio ao metal de solda de titânio diminuirá significativamente sua resistência ao impacto, ao mesmo tempo que reduzirá ligeiramente sua plasticidade. Além disso, a presença de hidreto pode causar fragilidade na junta.
3. Impacto do carbono
À temperatura ambiente, o carbono se dissolve no titânio na forma de lacunas, o que aumenta a resistência e diminui a plasticidade, mas seu efeito não é tão pronunciado quanto o do oxigênio e do nitrogênio.
Se o teor de carbono exceder sua solubilidade, o TiC duro e quebradiço se forma e é distribuído em uma rede, o que o torna propenso a rachaduras.
A norma nacional especifica que o teor de carbono na liga de titânio não deve exceder 0,1%.
Durante a soldagem, a contaminação por óleo na peça e no fio de soldagem pode aumentar o teor de carbono. Portanto, é essencial limpar as superfícies antes da soldagem.
3. Análise da soldabilidade do titânio
O titânio é conhecido por sua excelente soldabilidade. Sua baixa condutividade térmica (0,041 Cal/℃ · cm · s) permite que ele derreta apenas dentro da faixa de queima do arco e apresente boa fluidez.
Além disso, com um pequeno coeficiente de expansão térmica (8,6 × 10-6/℃, muito inferior ao do aço carbono), a soldabilidade do metal titânio é bastante aprimorada.
4. Relação entre a cor da solda e a qualidade da soldagem de titânio
1. Mecanismos de mudança de cor e geração de defeitos em tubos soldados de titânio e ligas de titânio.
Os defeitos de soldagem de tubos de titânio e ligas de titânio e seus mecanismos de geração são os seguintes.
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Durante a soldagem de tubos de titânio, a pistola de soldagem a arco de argônio cria uma camada de manutenção de gás argônio que protege apenas a poça de soldagem dos efeitos nocivos do ar. Porém, esta camada não oferece nenhuma proteção à solda solidificada ou às áreas adjacentes que estão próximas do estado de alta temperatura.
No entanto, a solda no tubo de titânio e nas áreas circundantes neste estado ainda tem uma forte capacidade de absorver nitrogênio e oxigênio do ar. Este processo de absorção começa a 400 ℃ para oxigênio e 600 ℃ para nitrogênio, visto que o ar consiste principalmente de nitrogênio e oxigênio.
Com o aumento do nível de oxidação, a cor da solda do tubo de titânio muda e a plasticidade da solda diminui.
- Branco prateado (sem oxidação);
- Amarelo dourado (TiO, titânio começa a absorver hidrogênio a cerca de 250 ℃. É ligeiramente oxidado);
- Azul (Ti2O3 a oxidação é ligeiramente grave);
- Cinza (TiO2 oxidação é grave).
2. A qualidade da soldagem de titânio pode ser avaliada pela cor da superfície da solda de titânio
A figura abaixo mostra testes para diferentes cores e durezas de soldas de titânio.
(1) Experimentos mostraram que a dureza da solda aumenta à medida que a cor da solda se aprofunda, indicando um aumento no grau de oxidação da solda. No caso do mesmo comércio, a dureza do metal titânio também aumenta, mas as substâncias nocivas como o oxigénio e o azoto na soldadura tendem a aumentar também, levando a uma redução significativa na qualidade da soldadura.
(2) A soldabilidade do titânio está intimamente relacionada com as suas propriedades químicas e físicas, sendo o fator chave a sua vulnerabilidade à poluição atmosférica a altas temperaturas devido à sua elevada atividade. Os grãos de titânio incham quando aquecidos e, após o resfriamento, a junta soldada pode formar uma fase frágil.
O titânio tem um ponto de fusão muito alto de 1668 ± 10 ℃, o que requer mais energia do que o aço para soldagem. Além disso, o titânio é mais quimicamente ativo e interage mais facilmente com o oxigênio e o hidrogênio do que o aço, o que resulta em uma combinação rápida em temperaturas acima de 600 ℃.
A uma temperatura de 100 ℃, uma grande quantidade de hidrogênio (H) e oxigênio (O) é absorvida, e o titânio tem a capacidade de dissolver H a uma taxa dezenas de milhares de vezes maior que a do aço. Isso gera hidreto de titânio, o que reduz significativamente a tenacidade.
As impurezas gasosas aumentam a tendência para fissuras a frio e fissuras retardadas, bem como a sensibilidade ao entalhe. Portanto, a pureza do argônio utilizado para soldagem não deve ser inferior a 99,99%, a umidade não deve exceder 0,039% e o teor de hidrogênio do fio de soldagem deve ser inferior a 0,002%.
O coeficiente de transferência de calor do titânio é metade do do aço. A transformação de α para β ocorre a 882 ℃. Quanto mais alta a temperatura, mais rápido o grão β crescerá, levando a uma deterioração significativa no desempenho. Portanto, a temperatura deve ser rigorosamente controlada, principalmente o tempo de residência de alta temperatura no ciclo térmico de soldagem.
Na soldagem de titânio, não há trincas a quente ou intergranulares, mas pode haver problemas de porosidade, especialmente na soldagem de ligas α+β.
5. Precauções para soldagem de titânio
Com base na pesquisa acima, as seguintes questões devem ser observadas ao soldar titânio metálico:
1) Durante a soldagem de titânio, é essencial proteger estritamente a área de soldagem e a área de alta temperatura após a soldagem para evitar a entrada de ar e afetar seriamente a qualidade da solda. Portanto, é necessário utilizar argônio 99,99% puro e uma capa protetora à direita.
2) A ranhura de solda deve ser usinada e métodos de retificação não são permitidos.
3) A soldagem por pontos deve ser evitada e, em vez disso, deve-se usar a partida por arco de alta frequência.
4) Recomenda-se evitar o tratamento térmico pós-soldagem. Porém, se for necessário, a temperatura do tratamento térmico não deve exceder 650 ℃.
6. Conclusão
O controle de qualidade da soldagem de titânio tem um impacto significativo na cor da solda resultante. Além disso, a cor da solda de titânio também pode servir como um indicador da qualidade geral da soldagem.
Portanto, existe uma relação crucial entre os dois.
