Contrôle de qualité et mesures de prévention des pores pour le soudage de tubes de petit diamètre en alliage de titane (TA2)

Titane et alliages de titane ont les caractéristiques suivantes : faible densité, haute résistance et bonne résistance à la corrosion. Ils sont largement utilisés dans des domaines tels que l'aviation, l'aérospatiale et les machines chimiques. Au cours du processus de construction de tuyaux en alliage de titanesi le diamètre du tuyau est faible（ Φ 12 Φ 100mm), la difficulté de la construction de la soudure augmentera. Pour améliorer la qualité du soudage tuyaux en alliage de titane de petit diamètre et prévenir la formation de trous d'air, cet article présente le travail de préparation en termes d'environnement et de matériaux avant le soudage, ainsi que les mesures préventives pendant la construction de la soudure, et développe les principes de base de la soudure. méthodes d'inspection de la qualité du soudage.

0. Introduction

Alliage de titane tuyaux ont d'excellentes propriétés mécaniques à haute température, à température ambiante et à très basse température, une faible densité, une grande solidité et une excellente résistance à la corrosion dans divers milieux. Ils ont été largement utilisés dans les domaines de l'aérospatiale, de la pétrochimie et de la fabrication mécanique. Toutefois, lorsque le diamètre des tuyaux en alliage de titane est faible (φ 20-φ 100mm), la difficulté de soudage augmente. Cet article résume les problèmes rencontrés et les mesures prises pour construire des tuyaux en titane dans le cadre d'un certain projet, afin de fournir une référence pour la construction de tuyaux en titane similaires.

1. Caractéristiques du titane et des alliages de titane dans les opérations de soudage

Le titane et les alliages de titane présentent les caractéristiques suivantes lors des opérations de soudage :

• (1) Le titane métal présente les caractéristiques suivantes : faible densité, résistance spécifique élevée, point de fusion élevé, bonne résistance à la chaleur, bonne résistance à la corrosion, bonne résistance à la température élevée, à la température ambiante et à la température ultra-basse, non toxique et non magnétique.
• (2) Le titane est un métal chimiquement actif doté d'une très forte capacité de réduction, en particulier dans les environnements à haute température où il peut se combiner avec divers éléments tels que l'oxygène, l'azote et le carbone et peut également extraire l'oxygène de certains oxydes métalliques.
• (3) La présence d'impuretés dans le titane affecte considérablement ses propriétés mécaniques, et les impuretés interstitielles (telles que l'oxygène, l'azote, le carbone, etc.) peuvent réduire considérablement la plasticité du titane et améliorer sa résistance. En tant que matériau structurel, le titane possède d'excellentes propriétés mécaniques à haute et basse température, ainsi que dans des conditions de refroidissement et de chauffage rapides, grâce à l'ajout de types d'éléments d'alliage et à un contrôle strict de la teneur en éléments d'alliage. Les inclusions sont autorisées dans les alliages industriels de titane. Lorsque la teneur en impuretés telles que TA1, TA2 et TA3 augmente, leur résistance et leur dureté augmentent de manière significative, mais leur plasticité ou leur ténacité diminue.
• (4) Les alliages de titane présentent des caractéristiques différentes selon les plages de température de soudage. Lorsque la température est supérieure à 300 ℃, 600 ℃et 700 ℃Ils correspondent aux caractéristiques d'absorption rapide de l'hydrogène, de l'oxygène et de l'azote, la plus sensible étant l'oxydation dans l'air.
• (5) La combinaison de Ti et de H génère du TiH₂. Il s'agit d'un hydrure binaire de faible densité (forme solide) dont la densité est 0,86 fois celle du titane (densité du Ti de 4,51 g/mm).³TiH2 d'une densité de 3,91g/mm³), apparaissant généralement sous la forme de pointes d'aiguille ou de flocons dans le cordon de soudure. Par conséquent, les défauts ressemblant à des aiguilles dans les images RT ne sont généralement pas des pores d'hydrogène mais des pores de TiH₂. TiH₂ présente une petite caractéristique floue sur les images RT, en particulier lorsque les bords ne sont pas aussi clairs que les pores. S'il est nécessaire de mieux comprendre cet hydrure de faible densité, il est facile de le confondre avec un pore.

2. Préparation avant le soudage

Compte tenu de l'activité élevée des alliages de titane, il est nécessaire de préparer soigneusement l'environnement, les matériaux et la préparation des rainures avant le soudage.

2.1 Préparation de l'environnement de soudage

(1) Dans la mesure du possible, le poste de soudage doit être installé dans une pièce propre et sèche ou dans un atelier de soudage spécialisé. La température intérieure ne doit pas être inférieure à 5 ℃Le débit d'air ne doit pas être trop élevé. Le caoutchouc doit être posé sur le sol.
(2) La plate-forme de soudage ou le cadre de travail doit être en acier inoxydable. Si d'autres matériaux contenant des sources de pollution par les ions fer, tels que l'acier au carbone, sont utilisés, il convient d'utiliser du ruban adhésif ou d'autres éléments pour envelopper entièrement la plate-forme de soudage ou le cadre de travail, et le plateau doit être recouvert de caoutchouc.
(3) Préparez le soudage des housses de protection de remorquage qui correspondent aux spécifications du matériau de base et des autres petits outils utilisés pendant le soudage, comme le montre la figure 1.

Figure.1 Housse de protection pour le remorquage

(4) Les disques de meulage, les lames de coupe, les alésoirs, les disques de polissage, les limes, etc. utilisés pendant la construction doivent être en acier inoxydable.

(5) Les vêtements de travail portés par les opérateurs doivent être maintenus propres et éviter autant que possible la présence d'huile et de poussière. Les gants de soudage doivent être faits de gaze fine blanche dégraissée et maintenus propres, comme le montre la figure 2.

Figure.2 Gants

2.2 Préparation du matériel

• (1) Inspection du matériau de base : Tuyaux et raccords de tuyauterie doivent avoir les certificats de conformité correspondants. L'aspect du matériau de base et des accessoires ne doit pas présenter d'inclusions ou de double peau.
• (2) Inspection du matériel de soudage : Le fil de soudure doit correspondre au matériau de base et posséder les certificats de qualification correspondants.
• (3) Inspection du gaz argon : La pureté de l'argon gazeux ne doit pas être inférieure à 99,99%, et le fournisseur de gaz doit fournir les certificats de conformité et les rapports d'inspection correspondants. Compte tenu de l'influence de facteurs tels que le pompage à vide et le remplissage par le fournisseur de gaz, il est conseillé d'utiliser autant que possible de l'argon liquide en boîte et de l'équiper de dispositifs de gazéification sur site.

2.3 Préparation de la rainure

• (1) La rainure à l'extrémité du tuyau doit être usinée autant que possible.
• (2) Lors du découpage, de la coupe et du polissage de la rainure sur place, il convient d'éviter toute force excessive et de procéder au meulage au moment prévu afin d'éviter toute chaleur locale excessive.
• (3) La surface rainurée découpée et polie avec une meule en résine doit être polie à nouveau avec un alésoir en acier inoxydable.
• (4) Dans un rayon de 40 mm autour des surfaces intérieures et extérieures de la rainure de l'extrémité du tuyau, il convient d'utiliser un alésoir pour retirer le film de passivation.
• (5) Avant l'appariement, utilisez un disque de polissage pour éliminer les bavures et les débris de la rainure.
• (6) Avant l'assemblage, il est nécessaire de vérifier soigneusement si les taches d'huile sur la face frontale de l'embouchure du tuyau sont bien nettoyées afin d'éviter qu'elles ne soient absorbées par le bain de fusion en raison du chauffage pendant le soudage.
• (7) Avant l'appairage, nettoyez la face frontale de la rainure avec de l'acétone ou de l'alcool anhydre.

3. Assemblage par soudure

Renforcer la protection contre les gaz et le contrôle des processus pendant l'assemblage processus de soudage pour éviter la formation de défauts (tels que des pores). Les exigences spécifiques sont les suivantes :

(1) Le soudage par points doit être effectué sous argon.

(2) Avant de positionner la soudure, l'écart et le désalignement de la jonction de soudure doivent être soigneusement vérifiés. L'écart doit être contrôlé entre 2,5 et 3,5 mm, et le désalignement doit être contrôlé à 1 mm près, comme le montre la figure 3.

Figure.3 Mesure de l'espace entre les rainures avant le soudage

(3) Il est préférable d'utiliser le point de chute unique. méthode de soudage pour le soudage de positionnement afin d'éviter de polir les points de soudage de positionnement pendant le soudage formel.

(4) Avant le soudage formel, si des impuretés (telles que de la poussière, des taches de sueur, etc.) sont présentes sur la rainure lors de l'assemblage, il est nécessaire de la nettoyer à nouveau avec de l'acétone.

(5) La triple protection du remplissage d'argon dans le tuyau, de la poignée de soudage et de la housse de protection est indispensable, et le débit doit être adapté (en général, le débit de la buse de l'outil de soudage est compris entre 13 et 16 litres/minute ; le débit dans le tuyau est compris entre 8 et 16 litres/minute, et le débit de la housse de protection de la traînée est compris entre 15 et 30 litres/minute). Le remplissage d'argon dans le tuyau doit remplacer complètement l'air, et le gaz protecteur de la torche de soudage et de la housse de remorquage doit être ouvert 5 à 10 secondes avant l'amorçage de l'arc, comme le montre la figure 4.

(6) Refroidissement modéré. En plus d'utiliser le moins de chaleur possible pendant le soudage, le soudage des tuyaux de petit diamètre doit également être arrêté par étapes afin d'éviter que le matériau de base ne surchauffe.

(7) Pendant le soudage, l'outil de soudage ne doit pas osciller vers la gauche ou vers la droite, dans la mesure du possible. Le couvercle de remorquage ne doit pas se détacher immédiatement du cordon de soudure et du bain de soudure après chaque arrêt intermédiaire et le soudage final. À ce moment-là, la protection de l'alimentation en gaz doit être maintenue. Ce n'est que lorsque la température descend en dessous de 250 ℃ la housse de remorquage peut-elle être envisagée pour le détachement.

(8) Lors de l'arrêt du soudage au milieu, l'extrémité de fusion du fil de soudage doit également être protégée contre les gaz. Si l'extrémité de fusion est déplacée hors de la zone de protection contre les gaz, la partie oxydée de l'extrémité avant du fil de soudure doit être coupée pendant le ressoudage.

(9) Lors du soudage, deux personnes doivent opérer, une personne qui soude et une personne qui coopère. Le personnel coopérant doit avoir une riche expérience dans la construction de tuyaux en titane et un sens aigu des responsabilités.

(10) Le personnel coopérant doit toujours vérifier l'état de fonctionnement de l'équipement de soudage, des compteurs de gaz argon, des bandes de gaz, des bouchons de remplissage d'argon et des couvercles de traînée, coopérer au nettoyage des fils de soudage et couper les têtes de fil de soudage oxydées pour assurer un soudage sans heurts.

Figure.4 Schéma du système de triple gaz de protection pendant le processus de soudage

4. Contrôle de l'apparence

L'aspect des joints de tuyaux soudés permet de déterminer si la qualité est conforme aux exigences.

(1) L'aspect et la pénétration interne du cordon de soudure sont bien formés, avec une transition lisse et uniforme, répondant aux exigences de taille géométrique, et sans défauts de surface tels que pores, inclusions, pénétration incomplète, fissures et contre-dépouilles.

(2) Le contrôle de la couleur de l'angle de soudure et de la surface de la zone de soudure est indiqué dans le tableau 1.

Tableau 1 - Tableau comparatif de la protection des soudures, de l'effet d'oxydation et de la couleur

Effet protecteur	Degré d'oxydation	Couleur (film d'oxyde)
Bon	Rien	Blanc argenté
Bon	Léger	Jaune d'or
De préférence	Plus léger	Rouge pourpre
Pauvre	Lourd	Bleu azur
Différence	Sévère	Gris

(3) Les joints de tuyaux en titane peuvent faire l'objet d'une inspection préliminaire basée sur la couleur du film d'oxyde de surface, et un effet protecteur qualifié est considéré comme "bon" ou supérieur. Les joints dont l'effet protecteur n'est pas satisfaisant doivent être traités en fonction de la situation réelle. En règle générale, lorsque l'effet d'oxydation est relativement léger, un traitement de décapage à l'acide ou une brosse métallique en acier inoxydable peuvent être utilisés pour brosser la zone d'oxydation jusqu'à ce que le métal devienne blanc argenté afin d'empêcher le métal interne de continuer à s'oxyder. En cas d'oxydation importante, la jonction soudée doit être coupée et réassemblée pour le soudage.

La morphologie de la soudure pendant le processus de soudage des tuyaux en alliage de titane de petit diamètre est illustrée à la figure 5.

Figure.5 Diagramme des effets pendant le processus de soudage

5. Conclusion

• (1) Gaz protecteur - L'argon doit faire l'objet d'une assurance qualité stricte afin de garantir que sa pureté n'est pas inférieure à 99,99%.
• (2) La zone de soudage (rainure et ses côtés intérieur et extérieur) et la surface du fil de soudage doivent être soigneusement nettoyées de toute saleté, telle que la peau d'oxyde et la graisse, afin de garantir la propreté de la surface de travail.
• (3) Contrôler correctement la variation de la température de soudage afin d'éviter que le bain de fusion et le métal de base dans la zone affectée thermiquement n'absorbent de l'azote, de l'hydrogène, de l'oxygène, d'autres gaz, du fer, du carbone et d'autres éléments.
• (4) Le ruban adhésif collant la rainure doit être maniable, car il peut entraîner des difficultés de nettoyage. Utilisez plutôt une bande de papier moins adhésive.
• (5) Un bon procédé de soudage doit maintenir l'état clair et stable du bain de fusion. Si des phénomènes tels que de petites explosions sont observés, il est nécessaire d'examiner s'il y a des pores. Les raisons possibles sont une pureté insuffisante du gaz protecteur, une surface de soudage malpropre, l'incapacité à couper la partie oxydée de la tête du fil de soudage et une température élevée du bain de fusion.

Auteur : Sun Liqun