نویسنده: joomir

آلیاژهای تیتانیوم به دلیل وزن سبک، استحکام بالا، مقاومت عالی به خوردگی و تحمل دماهای بالا در صنایع هوافضا، پزشکی، شیمیایی و خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، جوشکاری این آلیاژها به دلیل خواص خاص آن‌ها مانند تمایل به واکنش با گازهای محیط، چالش‌های زیادی دارد. در این متن به اصول و نکات کلیدی در جوشکاری آلیاژهای تیتانیوم پرداخته می‌شود.

ویژگی‌های آلیاژهای تیتانیوم و تأثیر آن بر جوشکاری

1. واکنش پذیری شدید در دمای بالا
در دماهای جوشکاری، تیتانیوم به شدت با گازهای اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن واکنش می‌دهد که می‌تواند منجر به تردی و کاهش خواص مکانیکی شود.
2. رسانایی حرارتی پایین
این خاصیت باعث می‌شود گرما در منطقه جوش متمرکز شود و نیاز به کنترل دقیق حرارت وجود داشته باشد. این امر عملیات تنش زدایی این فلز را خاص و سخت می کند.
3. انبساط حرارتی کم
این ویژگی باعث کاهش احتمال اعوجاج در قطعات جوشکاری شده می‌شود.
4. حساسیت به آلودگی
آلودگی‌های سطحی مانند روغن، چربی یا مواد اکسیدی می‌توانند به ترک‌خوردگی یا کاهش کیفیت جوش منجر شوند.

فرآیندهای رایج جوشکاری تیتانیوم

1. جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ (TIG/GTAW)
جوشکاری TIG پرکاربردترین روش برای جوشکاری آلیاژهای تیتانیوم است. گاز آرگون خالص یا ترکیب آرگون و هلیوم برای حفاظت از منطقه جوش در برابر اکسیداسیون استفاده می‌شود.
2. جوشکاری قوس الکتریکی با سیم مصرفی (MIG/GMAW)
این فرآیند برای قطعات ضخیم‌تر مناسب است. استفاده از گازهای محافظ مانند آرگون برای پوشش محیط جوش الزامی است.
3. جوشکاری با لیزر
این روش دقت بالایی دارد و برای تولید قطعات پیچیده و ظریف با کمترین مناطق حرارت‌دیده (HAZ) مناسب است.
4. جوشکاری مقاومتی
برای اتصال صفحات نازک از آلیاژهای تیتانیوم، به خصوص در صنایع هوافضا، استفاده می‌شود.

نکات کلیدی در جوشکاری آلیاژهای تیتانیوم

• آماده‌سازی سطح
سطح قطعه باید از هر گونه آلودگی مانند روغن، گریس، اکسیدها و رطوبت پاک شود. معمولاً از برس‌های استیل ضدزنگ و تمیزکاری با حلال استفاده می‌شود.
• محافظت از منطقه جوش
در طول جوشکاری، حفاظت کامل از منطقه جوش و مناطق حرارت‌دیده با استفاده از گازهای خنثی مانند آرگون ضروری است. این کار از اکسیداسیون و واکنش با گازهای محیط جلوگیری می‌کند.
• کنترل حرارت
تنظیم دقیق حرارت ورودی به کاهش تنش‌های حرارتی و جلوگیری از ترک‌خوردگی کمک می‌کند. استفاده از تنظیمات مناسب دستگاه جوش برای کنترل حرارت ضروری است.
• پیش‌گرم و پس‌گرم
به طور معمول، پیش‌گرم کردن برای آلیاژهای تیتانیوم ضروری نیست، اما در موارد خاص و برای کاهش تنش‌های پسماند می‌توان از آن استفاده کرد.

عیوب رایج و روش‌های پیشگیری

1. اکسیداسیون
در صورت عدم محافظت مناسب با گاز خنثی، سطح جوش به رنگ‌هایی مانند آبی یا خاکستری تغییر رنگ می‌دهد که نشان‌دهنده کیفیت پایین جوش است. استفاده از گاز محافظ مناسب و محفظه‌های ویژه (Glove Box) در صورت نیاز الزامی است.
2. تخلخل
ورود گازهای خارجی به منطقه جوش باعث ایجاد حفره‌ها می‌شود. برای جلوگیری، از گاز محافظ خالص و تمیزکاری دقیق سطح استفاده کنید.
3. ترک‌خوردگی
ترک‌های گرم یا سرد ممکن است به دلیل تنش‌های داخلی یا آلودگی سطح رخ دهند. استفاده از تکنیک‌های مناسب جوشکاری و تمیزکاری دقیق سطح می‌تواند از این مشکل جلوگیری کند.

نتیجه‌گیری

جوشکاری آلیاژهای تیتانیوم نیازمند کنترل دقیق شرایط جوشکاری، استفاده از گازهای محافظ مناسب و آماده‌سازی کامل سطح است. انتخاب فرآیند مناسب و رعایت اصول فنی می‌تواند به ایجاد اتصالات با کیفیت بالا و دوام زیاد منجر شود. با رعایت این اصول، می‌توان از خواص برجسته آلیاژهای تیتانیوم در کاربردهای صنعتی بهره‌مند شد.

آلیاژهای نیکل به دلیل خواص مکانیکی خوب، مقاومت به خوردگی در دماهای بالا، در صنایع مختلفی از جمله هوافضا، پتروشیمی و صنایع شیمیایی کاربرد دارند. اما جوشکاری این آلیاژها به دلیل ویژگی‌های خاص متالورژیکی آن‌ها چالش‌برانگیز است. این متن به بررسی اصول، فرآیندها و نکات کلیدی جوشکاری آلیاژهای نیکل می‌پردازد.

خواص آلیاژهای نیکل و تأثیر آن بر جوشکاری
• رسانایی حرارتی پایین: آلیاژهای نیکل دارای رسانایی حرارتی کمتری نسبت به فولادهای کربنی هستند. این ویژگی باعث می‌شود حرارت در هنگام جوشکاری به‌آرامی پخش شود و مناطق حرارت‌دیده (HAZ) باریک‌تری ایجاد شود.
• انبساط حرارتی بالا: انبساط حرارتی بالای آلیاژهای نیکل می‌تواند باعث اعوجاج یا تنش‌های داخلی شدید در قطعات جوشکاری شده شود و نیاز به تنش گیری پس از جوشکاری امری اجتناب ناپذیر است.
• حساسیت به ترک‌خوردگی: آلیاژهای نیکل به دلیل ترکیبات شیمیایی و ساختار متالورژیکی خود به ترک‌های گرم و سرد حساس هستند.

فرآیندهای رایج جوشکاری
1. جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی (SMAW)
در این روش، از الکترودهای خاص حاوی نیکل یا آلیاژهای آن استفاده می‌شود. این فرآیند برای جوشکاری قطعات ضخیم و تعمیرات مناسب است.
2. جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ (GTAW/TIG)
جوشکاری TIG به دلیل دقت بالا و کیفیت اتصال مناسب، برای آلیاژهای نیکل توصیه می‌شود. از گاز آرگون یا مخلوط آرگون-هلیوم به‌عنوان گاز محافظ استفاده می‌شود.
3. جوشکاری قوس الکتریکی با سیم مصرفی (GMAW/MIG)
این فرآیند برای جوشکاری‌های سریع و اتوماتیک مناسب است. سیم جوش مورد استفاده باید از آلیاژ مشابه یا سازگار با فلز پایه باشد.
4. جوشکاری لیزری و الکترونی
این روش‌ها برای ایجاد جوش‌های دقیق با کمترین اعوجاج و مناطق حرارت‌دیده محدود در صنایع پیشرفته به کار می‌روند.

نکات کلیدی در جوشکاری آلیاژهای نیکل
• آماده‌سازی سطح: تمیزی سطح از آلودگی‌هایی مانند روغن، اکسیدها و رطوبت ضروری است، زیرا این آلودگی‌ها می‌توانند باعث ترک‌خوردگی یا ایجاد تخلخل در جوش شوند.
• پیش‌گرم و پس‌گرم: در صورت نیاز، پیش‌گرم کردن قطعه به کاهش تنش‌های حرارتی و جلوگیری از ترک کمک می‌کند. همچنین پس‌گرم کردن برای کاهش تنش‌های پسماند و بهبود خواص جوش مفید است.
• انتخاب مواد مصرفی مناسب: استفاده از الکترود یا سیم جوش حاوی نیکل یا ترکیبات سازگار با فلز پایه بسیار مهم است.
• کنترل حرارت ورودی: کاهش سرعت جوشکاری و استفاده از تنظیمات مناسب برای کنترل حرارت ورودی می‌تواند به جلوگیری از ترک‌خوردگی کمک کند.

عیوب رایج و روش‌های پیشگیری
1. ترک گرم
این عیب در دماهای بالا و به دلیل انقباض در حین انجماد رخ می‌دهد. برای جلوگیری از آن، می‌توان از سرعت جوشکاری مناسب و مواد پرکننده سازگار استفاده کرد.
2. ترک سرد
این ترک‌ها معمولاً در دماهای پایین‌تر و به دلیل تنش‌های پسماند یا آلودگی سطحی رخ می‌دهند. استفاده از پیش‌گرم و تمیزکاری دقیق سطح می‌تواند مؤثر باشد.
3. تخلخل
ورود گازها به منطقه جوشکاری می‌تواند منجر به ایجاد حفره‌ها شود. استفاده از گاز محافظ مناسب و کنترل دقیق پارامترهای فرآیند از این عیب جلوگیری می‌کند.

نتیجه‌گیری Continue reading “جوشکاری آلیاژهای نیکل”