Controllo di qualità e misure di prevenzione dei pori per la saldatura di tubi di piccolo diametro in lega di titanio (TA2)

Titanio e leghe di titanio hanno le caratteristiche di bassa densità, alta forza e buona resistenza alla corrosione e sono ampiamente utilizzati in settori come l'aviazione, l'aerospaziale e i macchinari chimici. Durante il processo di costruzione di tubi in lega di titanioSe il diametro del tubo è piccolo（ Φ 12 Φ 100 mm), la difficoltà della costruzione della saldatura aumenterà. Per migliorare la qualità della saldatura tubi in lega di titanio di piccolo diametro e prevenire la generazione di fori d'aria, questo articolo introduce il lavoro di preparazione in termini di ambiente e materiali prima della saldatura, così come le misure preventive durante la costruzione della saldatura, ed elabora la metodi di ispezione della qualità della saldatura.

0. Introduzione

Lega di titanio tubi hanno eccellenti proprietà meccaniche in condizioni di alta temperatura, temperatura ambiente e bassissima temperatura, con bassa densità, alta forza ed eccellente resistenza alla corrosione in vari ambienti. Sono stati ampiamente utilizzati nei settori aerospaziale, petrolchimico e della produzione meccanica. Tuttavia, quando il diametro dei tubi in lega di titanio è piccolo (φ 20-φ 100 mm), aumenta la difficoltà di saldatura. L'articolo riassume i problemi incontrati e le misure adottate per la costruzione di tubi in titanio in un determinato progetto, per fornire un riferimento per la costruzione di tubi in titanio simili.

1. Caratteristiche del titanio e delle leghe di titanio nelle operazioni di saldatura

Il titanio e i materiali in lega di titanio hanno le seguenti caratteristiche nelle operazioni di saldatura:

• (1) Il titanio metallico ha le caratteristiche di bassa densità, elevata forza specifica, alto punto di fusione, buona resistenza al calore, buona resistenza alla corrosione, buona resistenza alle alte temperature, alla temperatura ambiente e alle bassissime temperature, non tossico e non magnetico.
• (2) Il titanio è un metallo chimicamente attivo con una capacità di riduzione estremamente forte, soprattutto in ambienti ad alta temperatura, dove può combinarsi con vari elementi come ossigeno, azoto e carbonio e può anche estrarre l'ossigeno da alcuni ossidi metallici.
• (3) Se nel titanio sono presenti impurità, le sue proprietà meccaniche ne risentono notevolmente; le impurità interstiziali (come ossigeno, azoto, carbonio, ecc.) possono ridurre notevolmente la plasticità del titanio e migliorare la sua resistenza. Come materiale strutturale, il titanio possiede eccellenti proprietà meccaniche in condizioni di alta temperatura, bassa temperatura e rapido raffreddamento e riscaldamento, grazie all'aggiunta di tipi di elementi di lega e al controllo rigoroso del contenuto di elementi di lega. Le inclusioni sono consentite nelle leghe di titanio industriali. Con l'aumento del contenuto di impurità come TA1, TA2 e TA3, la resistenza e la durezza aumentano significativamente, ma la plasticità o la tenacità diminuiscono.
• (4) Le leghe di titanio hanno caratteristiche diverse in diversi intervalli di temperatura durante la saldatura. Quando la temperatura è superiore a 300 ℃, 600 ℃e 700 ℃corrispondono alle caratteristiche di assorbimento rapido dell'idrogeno, dell'ossigeno e dell'azoto, con il più sensibile all'ossidazione in aria.
• (5) La combinazione di Ti e H genera TiH₂. Si tratta di un idruro binario a bassa densità (forma solida) con una densità pari a 0,86 volte quella del titanio (densità del Ti di 4,51 g/mm).³TiH2 densità di 3,91 g/mm³), in genere appaiono sotto forma di punte di ago o fiocchi nel cordone di saldatura. Pertanto, i difetti simili ad aghi nelle immagini RT di solito non sono pori di idrogeno, ma TiH₂. TiH₂ presenta una caratteristica piccola e sfocata nelle immagini RT, soprattutto quando i bordi non sono chiari come i pori. Se è necessario comprendere meglio questo idruro a bassa densità, è facile confonderlo con un poro.

2. Preparazione prima della saldatura

Considerando l'elevata attività delle leghe di titanio, è necessario preparare con cura l'ambiente, i materiali e la preparazione delle scanalature prima della saldatura.

2.1 Preparazione dell'ambiente di saldatura

(1) Il sito di saldatura deve essere allestito in un locale pulito e asciutto o in un'officina di saldatura dedicata, per quanto possibile. La temperatura interna non deve essere inferiore a 5 ℃E la portata del flusso d'aria non deve essere troppo elevata. La gomma deve essere appoggiata a terra.
(2) La piattaforma di saldatura o il telaio operativo devono essere in acciaio inox. Se si utilizzano altri materiali con fonti di inquinamento da ioni di ferro, come l'acciaio al carbonio, è necessario utilizzare nastro o altri elementi per avvolgere completamente la piattaforma di saldatura o il telaio operativo, e il piano del tavolo deve essere ricoperto di gomma.
(3) Preparare a saldare le coperture protettive per il traino che corrispondono alle specifiche del materiale di base e altri piccoli strumenti utilizzati durante la saldatura, come mostrato nella Figura 1.

Figura.1 Coperchio di protezione per il traino

(4) I dischi di smerigliatura, le lame da taglio, gli alesatori, le ruote di lucidatura, le lime, ecc. utilizzati durante la costruzione devono essere di acciaio inossidabile.

(5) Gli abiti da lavoro indossati dagli operatori devono essere mantenuti puliti ed evitare il più possibile la presenza di olio e polvere. I guanti da saldatura devono essere realizzati in garza fine bianca sgrassata e mantenuti puliti, come mostrato nella Figura 2.

Figura.2 Guanti

2.2 Preparazione del materiale

• (1) Ispezione del materiale di base: Tubi e raccordi per tubi devono avere i corrispondenti certificati di conformità. L'aspetto del materiale di base e degli accessori non deve presentare inclusioni o doppie spellature.
• (2) Ispezione del materiale di saldatura: Il filo di saldatura deve corrispondere al materiale di base e avere i certificati di qualificazione corrispondenti.
• (3) Ispezione del gas argon: La purezza del gas argon non deve essere inferiore a 99,99% e il fornitore di gas deve fornire i relativi certificati di conformità e rapporti di ispezione. Considerando l'influenza di fattori quali il pompaggio a vuoto e il riempimento da parte del fornitore di gas, è consigliabile utilizzare il più possibile l'argon liquido in scatola e dotarlo di dispositivi di gassificazione in loco.

2.3 Preparazione della scanalatura

• (1) La scanalatura all'estremità del tubo deve essere lavorata il più possibile.
• (2) Durante il taglio, l'incisione e la lucidatura della scanalatura in loco, occorre evitare una forza eccessiva e la molatura deve essere effettuata al momento stabilito per evitare un eccessivo calore locale.
• (3) La superficie scanalata tagliata e lucidata con una mola in resina deve essere nuovamente lucidata con un alesatore in acciaio inox.
• (4) Entro 40 mm dalle superfici interne ed esterne della scanalatura terminale del tubo, deve essere utilizzato un alesatore per rimuovere la pellicola di passivazione.
• (5) Prima dell'accoppiamento, utilizzi una mola per lucidare per rimuovere le bave e i detriti dalla scanalatura.
• (6) Prima dell'assemblaggio, è necessario verificare attentamente se le macchie d'olio sulla faccia finale dell'imboccatura del tubo sono state pulite accuratamente, per evitare che vengano assorbite dal bagno fuso a causa del riscaldamento durante la saldatura.
• (7) Prima dell'accoppiamento, pulisca la parte terminale della scanalatura con acetone o alcol anidro.

3. Saldatura di assemblaggio

Rafforzare la protezione dal gas e il controllo del processo durante l'assemblaggio processo di saldatura per evitare la generazione di difetti (come i pori). I requisiti specifici sono i seguenti:

(1) La saldatura a strappo deve essere eseguita in condizioni di riempimento di argon.

(2) Prima di posizionare la saldatura, è necessario controllare attentamente lo spazio e il disallineamento della giunzione di saldatura. Lo spazio deve essere controllato entro 2,5-3,5 mm e il disallineamento deve essere controllato entro 1 mm, come mostrato nella Figura 3.

Figura.3 Misurazione della distanza tra le scanalature prima della saldatura

(3) È meglio usare il punto di una goccia metodo di saldatura per la saldatura di posizionamento, per evitare di lucidare i punti di saldatura di posizionamento durante la saldatura formale.

(4) Prima della saldatura formale, se ci sono impurità (come polvere, macchie di sudore, ecc.) sulla scanalatura durante il montaggio, è necessario pulirla di nuovo con acetone.

(5) La tripla protezione del riempimento di argon nel tubo, dell'impugnatura di saldatura e della copertura di trascinamento sono indispensabili, e c'è una portata corrispondente (di solito, la gamma di portata dell'ugello dell'utensile di saldatura è di 13-16L/min; la gamma di portata nel tubo è di 8-16L/min, e la gamma di portata della copertura di trascinamento protettiva è di 15-30L/min). Il riempimento di argon nel tubo deve sostituire completamente l'aria, e il gas di protezione della torcia di saldatura e della copertura di traino deve essere aperto 5-10 secondi prima dell'accensione dell'arco, come mostrato nella Figura 4.

(6) Raffreddamento moderato. Oltre a utilizzare il minor apporto di calore possibile durante la saldatura, la saldatura di tubi di piccolo diametro deve essere interrotta in fasi successive, per garantire che il materiale di base non si surriscaldi.

(7) Durante la saldatura, l'utensile di saldatura non deve oscillare a destra o a sinistra, per quanto possibile. La copertura di traino non deve staccarsi immediatamente dal cordone di saldatura e dal bagno di saldatura dopo ogni arresto intermedio e la saldatura finale. In questo momento, la protezione dell'alimentazione del gas deve essere continuata. Solo quando la temperatura scende sotto i 250 ℃ la copertura di traino può essere considerata per il distacco.

(8) Quando si interrompe la saldatura a metà, anche l'estremità di fusione del filo di saldatura deve essere protetta dal gas. Se l'estremità di fusione viene spostata fuori dalla zona di protezione dal gas, la parte ossidata dell'estremità anteriore del filo di saldatura deve essere tagliata durante la risaldatura.

(9) Durante la saldatura, devono operare due persone, una che salda e una che collabora. Il personale che collabora deve avere una ricca esperienza nella costruzione di tubi in titanio e un forte senso di responsabilità.

(10) Il personale che collabora deve sempre controllare lo stato di funzionamento delle apparecchiature di saldatura, dei contatori di gas argon, delle bande di gas, dei tappi di riempimento dell'argon e delle coperture di trascinamento, collaborare alla pulizia dei fili di saldatura e tagliare le teste dei fili di saldatura ossidati per garantire una saldatura regolare.

Figura.4 Schema del sistema a triplo gas di protezione durante il processo di saldatura

4. Ispezione dell'aspetto

L'aspetto dei giunti dei tubi saldati può determinare se la qualità soddisfa i requisiti.

(1) L'aspetto e la penetrazione interna del cordone di saldatura sono ben formati, con una transizione liscia e uniforme, soddisfacendo i requisiti di dimensione geometrica e senza difetti di superficie come pori, inclusioni, penetrazione incompleta, crepe e sottosquadri.

(2) L'ispezione del colore dell'angolo di saldatura e della superficie dell'area di saldatura è riportata nella Tabella 1.

Tabella.1 Tabella di confronto della protezione della saldatura, dell'effetto di ossidazione e del colore

Effetto protettivo	Grado di ossidazione	Colore (Pellicola di ossido)
Buono	Niente	Bianco argento
Buono	Leggero	Giallo oro
Preferibilmente	Più leggero	Rosso violaceo
Povero	Pesante	Blu Azzurro
Differenza	Grave	Grigio

(3) I giunti per tubi in titanio possono essere ispezionati in via preliminare in base al colore della pellicola di ossido superficiale, e "buono" o superiore è considerato un effetto protettivo qualificato. Per i giunti con effetti protettivi insoddisfacenti, devono essere trattati in base alla situazione reale. In generale, quando l'effetto di ossidazione è relativamente leggero, si può utilizzare il trattamento di decapaggio acido o la spazzola metallica in acciaio inox per spazzolare l'area di ossidazione fino a quando il metallo diventa bianco argento, per evitare che il metallo interno si ossidi ulteriormente. In caso di forte ossidazione, la giunzione saldata deve essere tagliata e riassemblata per la saldatura.

La morfologia della saldatura durante il processo di saldatura di tubi in lega di titanio di piccolo diametro è mostrata nella Figura 5.

Figura.5 Diagramma degli effetti durante il processo di saldatura

5. Conclusione

• (1) Gas protettivo - L'argon deve avere una rigorosa garanzia di qualità per assicurare che la purezza dell'argon non sia inferiore a 99,99%.
• (2) L'area di saldatura (la scanalatura e i suoi lati interni ed esterni) e la superficie del filo di saldatura devono essere accuratamente pulite dallo sporco, come pelle di ossido e grasso, per garantire la pulizia della superficie operativa.
• (3) Controllare adeguatamente la variazione della temperatura di saldatura per evitare che il bagno fuso e il metallo base nella zona termicamente interessata assorbano azoto, idrogeno, ossigeno, altri gas, ferro, carbonio e altri elementi.
• (4) Il nastro adesivo che incolla la scanalatura deve essere maneggevole, perché potrebbe causare difficoltà di pulizia. Utilizzi invece un nastro di carta meno adesivo.
• (5) Un buon processo di saldatura deve mantenere lo stato chiaro e stabile del bagno fuso. Se si osservano fenomeni come piccole esplosioni, è necessario valutare la presenza di pori. Le possibili ragioni possono essere una purezza insufficiente del gas di protezione, una superficie di saldatura non pulita, il mancato taglio della parte ossidata della testa del filo di saldatura e l'elevata temperatura della piscina fusa.

Autore: Sun Liqun