Quina és la raó per la qual l'aliatge de titani i l'alumini són difícils de soldar?

L'aliatge de titani és un material lleuger, d'alta resistència i resistent a la corrosió. A causa de les seves excel·lents propietats, s'utilitza àmpliament en aeroespacial, equips mèdics, indústria química i altres camps. Tanmateix, el rendiment de soldadura dels aliatges de titani és relativament baix, principalment pels motius següents:
Formació de la capa d'òxid:Una capa d'òxid sòlid es forma fàcilment a la superfície de l'aliatge de titani. Aquesta capa d'òxid no només augmenta la dificultat durant el procés de soldadura, sinó que també redueix la força de la soldadura. Abans de la soldadura, normalment es requereixen alguns mètodes especials de pretractament, com ara el decapat o el polit mecànic, per eliminar la capa d'òxid i millorar així el rendiment de la soldadura.
Baixa conductivitat tèrmica:La conductivitat tèrmica de l'aliatge de titani és relativament baixa, donant lloc a un gran gradient de temperatura a prop de la soldadura, que pot provocar fàcilment deformacions i esquerdes de la soldadura. Per reduir el gradient de temperatura, sovint cal adoptar mesures com ara el preescalfament i el control de la velocitat de soldadura, la qual cosa augmenta la complexitat del procés de soldadura.
Sensibilitat a l'hidrogen:L'aliatge de titani és sensible a l'hidrogen i absorbeix fàcilment l'hidrogen durant el procés de soldadura, donant lloc a la fragilitat de l'hidrogen. La fragilitat de l'hidrogen pot provocar una fractura fràgil de les juntes soldades, per la qual cosa s'han de prendre algunes mesures, com ara controlar el contingut d'hidrogen a l'entorn de soldadura, per reduir el risc de fragilitat per hidrogen.

Dissolució selectiva:L'aliatge de titani és propens a la dissolució selectiva amb alguns elements metàl·lics a altes temperatures, formant una fase trencadissa, que afecta el rendiment de les juntes soldades. Per tant, s'ha de prestar especial atenció a evitar aquesta dissolució selectiva a l'hora de seleccionar els materials de soldadura i els processos de soldadura.
Alt punt de fusió:El punt de fusió relativament alt dels aliatges de titani requereix altes temperatures per al procés de soldadura, augmentant així el consum d'energia i els requisits dels equips de soldadura.
Per resoldre aquests problemes, la soldadura d'aliatges de titani sol requereix l'ús de processos de soldadura especialitzats, inclosa la soldadura amb gas inert, la soldadura per feix d'electrons, la soldadura per làser i altres tecnologies de soldadura avançades. A més, seleccionar materials de soldadura adequats, controlar els paràmetres de soldadura i adoptar mètodes de pretractament també són mitjans importants per millorar la qualitat de la soldadura dels aliatges de titani.

En resum, els motius pels quals l'aliatge de titani i l'alumini són difícils de soldar són els següents:
1. L'alumini i el titani reaccionen fàcilment amb l'oxigen
⑴ L'alumini reacciona amb l'oxigen per formar un Al2O3 dens i refractari (pel·lícula d'òxid) amb un punt de fusió de fins a 2050 graus, cosa que dificulta la combinació dels dos materials base i fa que la soldadura sigui propensa a les inclusions.
⑵El titani comença a oxidar-se a 600 graus. Com més alta sigui la temperatura, més greu serà l'oxidació, formant TiO2 (diòxid de titani), formant una capa fràgil intermèdia a la soldadura, reduint la plasticitat i la tenacitat.
2. L'alumini i el titani reaccionen de manera diferent a diferents temperatures
⑴. A 1460 graus, l'alumini i el titani formen un compost de TiAl (aluminiur de titani) que conté un 36,03% de fracció de massa d'alumini, que augmenta la fragilitat del metall.
⑵ L'alumini i el titani formen un compost TiAl3 (trialuminiur de titani) que conté una fracció de massa d'alumini del 60% al 64% a 1340 graus.
⑶ Després de fondre l'alumini i el titani, quan la fracció de massa del titani és 0,15%, es forma una solució sòlida de titani a l'alumini.
3. La solubilitat mútua de l'alumini i el titani és molt petita
⑴A 665 graus, la solubilitat del titani en alumini és de 0,26% ~ 0,28%. A mesura que disminueix la temperatura, disminueix la solubilitat.
⑵Quan la temperatura baixa a 20 graus, la solubilitat del titani en alumini cau al 0,07%, cosa que dificulta la combinació dels dos materials bàsics.
La solubilitat de l'alumini en titani és més limitada, cosa que dificulta molt la formació de soldadures entre els dos materials base.
4. L'alumini i el titani tenen una forta absorció d'aigua a altes temperatures.
⑴L'alumini líquid pot dissoldre una gran quantitat d'hidrogen, però és gairebé insoluble en estat sòlid. A mesura que la soldadura es solidifica, l'hidrogen no té temps d'escapar i formar porus.
⑵L'hidrogen té una alta solubilitat en titani. A baixes temperatures, l'hidrogen s'acumula als porus, reduint la plasticitat i la duresa de la soldadura i provocant fàcilment esquerdes trencadisses.
5. L'alumini forma compostos trencadissos amb titani i altres impureses
⑴. L'òxid format per l'alumini i l'oxigen augmenta la fragilitat del metall i dificulta la soldadura.
⑵El titani i el nitrogen formen nitrur de titani, que redueix la plasticitat del metall.
⑶ El titani i el carboni formen carburs. Quan la fracció en massa del carboni és superior al 0,28%, la soldabilitat dels dos metalls bàsics es deteriorarà significativament.
6. L'alumini i el titani reaccionen de manera diferent a diferents temperatures
⑴La conductivitat tèrmica de l'alumini i el titani és molt diferent. L'alumini (206,9 W·m-2·K{-1) és aproximadament 16 vegades més gran que el titani (13,8 W·m-2·K{-1).
⑵Els coeficients d'expansió lineal d'alumini i titani són molt diferents i l'alumini és aproximadament 3 vegades més gran que el titani. Propens a trencar-se sota pressió.
7. Els elements d'aliatge en alumini i titani cremen i s'evaporen
⑴Quan l'alumini o l'aliatge d'alumini es fon, els elements amb punts de fusió inferiors, com ara magnesi, zinc, etc., comencen a cremar-se o evaporar-se.
⑵ Quan s'arriba al punt de fusió del titani o aliatge de titani (1677 graus), els elements d'aliatge com l'alumini cremen i s'evaporen més, donant lloc a una composició química desigual de la soldadura i una resistència reduïda.