As ligas de titânio são amplamente utilizadas nas indústrias aeroespacial, química e de engenharia naval devido à sua alta resistência específica e excelente resistência à corrosão. No entanto, o titânio tem uma reatividade química extremamente alta. Quando a temperatura excede a faixa de 500-700 graus, ela absorverá fortemente oxigênio, hidrogênio e nitrogênio do ar. Causará rachaduras na solda e redução da plasticidade, o que afetará seriamente o desempenho da junta. Como resultado, ao soldar ligas de titânio, use o método de soldagem a arco de argônio (TIG) para proteger a poça de fusão e as áreas-de alta temperatura da costura de solda com temperaturas acima de 400 a 650 graus Celsius, e uma tocha de soldagem-grande é usada para expandir a zona de proteção de gás. Quando o bico não consegue cobrir eficazmente a solda e o metal de alta temperatura próximo à solda, uma tampa de proteção de gás argônio deve ser adicionada para garantir o isolamento completo do ar durante todo o processo.
Preparação pré-de soldagem e projeto de ranhura
Limpeza de superfícies
A qualidade da superfície da soldagem e do fio de soldagem determina diretamente as propriedades mecânicas da junta soldada. Antes da soldagem, o corpo de prova e o fio de soldagem devem passar por tratamento de lavagem ácida, seguido de enxágue com água limpa e secagem. Então, a soldagem deve ser realizada imediatamente. Se as condições de lavagem ácida não estiverem disponíveis, solventes orgânicos como acetona, etanol, tetracloreto de carbono ou metanol podem ser usados para limpar cuidadosamente a ranhura da placa de titânio e as áreas dentro de 50 mm em ambos os lados, a superfície do fio de soldagem e as partes do acessório de ferramenta em contato com a placa de titânio, removendo completamente incrustações de óxido, manchas de óleo e outras substâncias orgânicas.
Equipamento de soldagem
Para soldagem a arco de titânio e ligas de titânio, uma fonte de alimentação de soldagem a arco de argônio CC com uma característica externa descendente e uma função de início de arco de alta-frequência deve ser selecionada. Para evitar que a costura de solda seja oxidada ou contaminada durante o resfriamento, a máquina de solda deve ser ajustada para um tempo de fornecimento de gás retardado não inferior a 15 segundos. Neste exemplo, a máquina de solda a arco de argônio com pulso de corrente contínua com inversor IGBT tipo WSM-315 é selecionada, que pode atender aos requisitos acima.
Materiais de soldagem
Os requisitos para o gás de proteção argônio são os seguintes: a pureza não deve ser inferior a 99,99%, o ponto de orvalho deve ser inferior a -40 graus e a umidade relativa deve ser inferior a 5%. Quando a pressão dentro do cilindro de argônio cai para 0,981 MPa, seu uso deve ser interrompido para garantir o efeito de proteção. Em princípio, o fio de solda preenchido deve ser do mesmo material do metal base; para melhorar a plasticidade da junta, um fio de soldagem com menos liga, como o TC3, também pode ser selecionado.
Forma de sulco
O desenho da ranhura deve minimizar o número de camadas de soldagem e a quantidade de metal de adição, pois um aumento no número de camadas levará a um aumento na absorção cumulativa de gases da costura de solda, deteriorando o desempenho da junta. Dado que o tamanho da poça fundida é grande durante a soldagem de liga de titânio, a solda deve ser usinada com uma única ranhura em forma de V, com o ângulo controlado de 70 a 80 graus.
Parâmetros do Processo de Soldagem e Pontos de Controle
SoldagemParâmetros de Processo e Pontos de Controle
Parâmetros de processo razoáveis são a chave para garantir a qualidade da soldagem. Durante a operação, é necessário controlar com precisão a vazão e a velocidade do gás argônio para evitar fluxo turbulento que enfraquece o efeito protetor. A soldagem manual com gás inerte de tungstênio é adequada para soldagem de placas finas de titânio e placas de titânio de espessura média-. Contanto que os parâmetros sejam selecionados adequadamente, uma qualidade de soldagem satisfatória pode ser alcançada. Além disso, todos os processos de limpeza devem ser concluídos o mais rápido possível e a soldagem deve ser realizada prontamente para evitar poluição secundária.
Defeitos Comuns e Seus Mecanismos de Reparo
Rachaduras frias (Rachaduras retardadas)
Ao soldar titânio e ligas de titânio, a probabilidade da junta gerar trincas a quente é extremamente baixa. Isso ocorre porque os materiais contêm muito poucas impurezas, como enxofre, fósforo e carbono, que são difíceis de formar eutéticos de baixo ponto de-ponto de fusão-, e a faixa efetiva de temperatura de cristalização é estreita, com uma pequena quantidade de contração de solidificação. No entanto, podem ocorrer trincas a frio na zona-afetada pelo calor, que se manifestam aparecendo apenas algumas horas ou até mais após a soldagem, sendo por isso chamadas de trincas retardadas.
A formação de trincas retardadas está intimamente relacionada ao comportamento do hidrogênio: durante o processo de soldagem, o hidrogênio se difunde da poça fundida de alta-temperatura para a zona afetada pelo calor de-temperatura mais baixa-, aumentando o conteúdo de hidrogênio nesta área. Forma fases frágeis de TiH₂ e, ao mesmo tempo, os compostos de hidrogênio precipitam, causando grandes tensões microestruturais devido à expansão de volume. Além disso, os átomos de hidrogênio se acumulam em áreas de alta tensão, levando ao início e propagação de trincas.
Porosidade
A porosidade é outro defeito comum na soldagem de ligas de titânio. A sua causa fundamental também está relacionada com o hidrogénio. A solubilidade do hidrogênio em -Ti é extremamente baixa, sendo apenas cerca de 0,002% (fração de massa) à temperatura ambiente. Quando a solda ou a zona-afetada pelo calor esfria abaixo de 300 graus, o hidrogênio super-saturado precipita na forma de hidreto de titânio (fase), acompanhado por expansão de volume e tensão intergranular. Isto pode causar microfissuras intergranulares. Estas microfissuras, sob forças externas, irão expandir-se em fissuras macroscópicas, e a presença de porosidade reduz significativamente a resistência à fadiga da junta.
Em resumo, a chave para o sucesso da soldagem de ligas de titânio está na limpeza pré-da soldagem, na prevenção da oxidação e da absorção de hidrogênio durante todo o processo, na proteção do gás argônio de alta-pureza, no design razoável das ranhuras e no controle preciso do processo. A soldagem manual com gás inerte de tungstênio combinada com a proteção da placa de cobertura blindada é uma solução eficaz na prática de engenharia atual, que pode obter juntas de soldagem de alta{3}}qualidade de forma estável que atendam aos requisitos de uso.
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