Hợp kim titan được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, đóng tàu, thiết bị y tế và các lĩnh vực khác do độ bền cao, mật độ thấp và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Tuy nhiên, hàn hợp kim titan dễ bị nứt và các khuyết tật khác, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng hàn và tính chất kết cấu. Để giải quyết vấn đề này một cách có hệ thống, cần phải tiến hành kiểm soát toàn diện từ nhiều khía cạnh khác nhau như bảo vệ quá trình, kiểm soát nhiệt, kết hợp vật liệu và xử lý sơ bộ mối hàn.
Thực hiện nghiêm ngặt quy trình bảo hộ hàn
Hợp kim titan có hoạt tính cao chống lại oxy, nitơ, hydro và các loại khí khác ở nhiệt độ cao, và các nguyên tố này sẽ tạo thành các oxit, nitrit và hydrua giòn khi xâm nhập vào mối hàn, dẫn đến giảm độ bền dẻo của mối nối và gây ra các vết nứt. Vì vậy, toàn bộ quá trình hàn phải được thực hiện dưới sự bảo vệ của khí trơ:
- Bảo vệ cục bộ: Vòi phun hàn có đường kính-lớn được sử dụng để đảm bảo rằng khí argon bao phủ bể hàn và các vùng bị ảnh hưởng nhiệt-lân cận, đồng thời luồng không khí phải trơn tru và đồng đều để tránh nhiễu loạn gây vướng víu không khí.
-Bảo vệ phía sau: Sau khi hàn, sử dụng máy cắt cỏ để tiếp tục bảo vệ argon cho đến khi nhiệt độ của mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt-giảm xuống dưới 200 độ để ngăn chặn quá trình oxy hóa ở nhiệt độ-cao.
-Bảo vệ mặt sau: Đối với các mối hàn giáp mép trên các tấm vừa và nặng, nên lắp đệm khí hoặc lớp bảo vệ argon ở mặt sau để đảm bảo rằng khu vực tạo hình hai mặt-không bị ô nhiễm.
Độ tinh khiết của khí bảo vệ phải lớn hơn hoặc bằng 99,99%, điểm sương phải nhỏ hơn -50 độ và tốc độ dòng khí trong khu vực được bảo vệ phải được kiểm soát chặt chẽ.
Thực hiện kiểm soát quá trình nhiệt hàn
Hợp kim titan có độ dẫn nhiệt thấp và sự tích tụ nhiệt hàn có thể dễ dàng tạo ra các hạt thô trong vùng ảnh hưởng nhiệt và làm tăng xu hướng nứt. Nhiệt đầu vào và tốc độ làm mát hàn cần được kiểm soát bằng cách làm mát cưỡng bức:
- Tấm lót bằng đồng làm mát bằng nước-: Tấm lót bằng đồng có tản nhiệt làm mát được đặt ở mặt sau của mối hàn để tăng tốc độ thoát nhiệt và hạn chế thời gian lưu giữ nhiệt độ cao.
-Kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp: Khi hàn nhiều lớp và nhiều đường hàn, nhiệt độ giữa các lớp phải được kiểm soát dưới 150 độ để tránh hình thành mô quá nóng.
- Thông số hàn được tối ưu hóa: Nhiệt lượng đầu vào thấp được sử dụng để giảm độ rộng của vùng-ảnh hưởng nhiệt trong khi vẫn đảm bảo độ xuyên thấu.
Lựa chọn hợp lý vật liệu và phương pháp hàn
Kết hợp vật liệu hàn
Thành phần của dây hàn phải nhất quán hoặc tương tự với kim loại cơ bản và nên ưu tiên các loại phù hợp như ER Ti-6Al-4V. Đối với các mối nối yêu cầu độ dẻo dai cao, có thể sử dụng độ bền thấp hơn một chút và độ dẻo tốt hơn để cải thiện khả năng chống nứt.
Lựa chọn phương pháp hàn
-Hàn được bảo vệ bằng khí trơ vonfram (GTAW/TIG): Thích hợp cho các tấm mỏng, trung bình và nặng, có hồ quang ổn định và dễ dàng đạt được các mối hàn chất lượng cao-. Nên hàn TIG xung để giảm thêm lượng nhiệt đầu vào.
-Hàn hồ quang plasma (PAW): thích hợp cho các tấm vừa và nặng, có nguồn nhiệt tập trung và hiệu quả hàn cao. Nếu sử dụng hỗn hợp argon{2}}hydro, hàm lượng hydro phải được kiểm soát chặt chẽ trong phạm vi Nhỏ hơn hoặc bằng 5% để ngăn ngừa các vết nứt do hydro gây ra.
-Hàn bằng chùm tia laze/điện tử: thích hợp cho các bộ phận chính xác, có vùng ảnh hưởng nhiệt- hẹp và biến dạng nhỏ nhưng giá thành thiết bị cao, cần được thực hiện trong môi trường chân không hoặc môi trường bảo vệ cao.
Cải thiện việc-chuẩn bị trước khi hàn và kiểm soát quy trình
Làm sạch và điều trị khớp
Trước khi hàn, bề mặt của mối nối và dây hàn phải được làm sạch hoàn toàn khỏi bề mặt của lớp oxit, dầu mỡ, độ ẩm và các chất gây ô nhiễm khác. Các bước sau đây được khuyến nghị:
- Làm sạch cơ học: Sử dụng bàn chải dây thép không gỉ hoặc phay để loại bỏ màng oxit;
- Làm sạch bằng hóa chất: tẩy bằng axit nitric + dung dịch axit flohydric, sau đó rửa sạch bằng nước khử ion và sấy khô;
- Acetone hoặc rượu hớt bọt.
Sau khi làm sạch, hàn phải được hoàn thành trong vòng 4 giờ để tránh ô nhiễm thứ cấp.
Kiểm tra lắp ráp và bảo vệ khí
Khoảng cách lắp ráp phải được kiểm soát chặt chẽ, thường không quá 0,5mm. Trước khi hàn, khí-được thải ra trước để đảm bảo khí bảo vệ bao phủ khu vực hàn và luồng không khí đồng đều. Có thể sử dụng thử nghiệm khói hoặc máy dò oxy để xác minh hiệu quả bảo vệ.
Kiểm soát môi trường hàn
Việc hàn phải được thực hiện ở khu vực đặc biệt sạch sẽ, không có gió, có độ ẩm tương đối được kiểm soát dưới 60% để tránh hơi ẩm xung quanh xâm nhập vào khu vực hồ quang.
Sau{0}}kiểm tra và xử lý mối hàn
Nên kiểm tra bằng mắt, kiểm tra thẩm thấu (PT) hoặc kiểm tra bằng tia X- (RT) và kiểm tra siêu âm (UT) có thể được bổ sung cho các thành phần quan trọng. Nếu cần, quá trình ủ không căng thẳng-được thực hiện sau khi hàn, nhiệt độ ủ thường là 550~650 độ và việc làm mát không khí sau khi cách nhiệt cần được thực hiện trong điều kiện bảo vệ chân không hoặc argon.
Chìa khóa cho chất lượng hàn titan nằm ở việc kiểm soát toàn bộ quy trình: từ-làm sạch mối hàn trước, bảo vệ khí, quản lý nhiệt đầu vào cho đến lựa chọn phương pháp, các thông số kỹ thuật của quy trình phải được thực thi nghiêm ngặt. Thông qua việc thiết kế quy trình và kiểm soát quy trình một cách có hệ thống, xu hướng hàn vết nứt có thể giảm đáng kể và có thể thu được các mối hàn bằng hợp kim titan đáng tin cậy để đáp ứng nhu cầu sản xuất thiết bị cao cấp-.