Συγκόλληση ενεργών μετάλλων

1. Υλικό συγκόλλησης

(1) Το τιτάνιο και τα βασικά κράματά του σπάνια συγκολλούνται με μαλακή συγκόλληση. Τα μέταλλα πλήρωσης συγκόλλησης που χρησιμοποιούνται για συγκόλληση περιλαμβάνουν κυρίως βάση αργύρου, βάση αλουμινίου, βάση τιτανίου ή βάση τιτανίου-ζιρκόνιου.

Το κολλητικό με βάση το άργυρο χρησιμοποιείται κυρίως για εξαρτήματα με θερμοκρασία λειτουργίας μικρότερη από 540 ℃. Οι συνδέσεις που χρησιμοποιούν καθαρό κολλητικό με βάση το άργυρο έχουν χαμηλή αντοχή, είναι εύθραυστες και έχουν κακή αντοχή στη διάβρωση και την οξείδωση. Η θερμοκρασία συγκόλλησης του κολλητικού με βάση το άργυρο (Ag Cu) είναι χαμηλότερη από αυτή του αργύρου, αλλά η διαβρεξιμότητα μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε Cu. Το κολλητικό με βάση το άργυρο (Ag Cu) που περιέχει μικρή ποσότητα λιθίου μπορεί να βελτιώσει τη διαβρεξιμότητα και τον βαθμό κράματος μεταξύ του κολλητικού με βάση το μέταλλο. Το κολλητικό με βάση το άργυρο (AG Li) έχει τα χαρακτηριστικά χαμηλού σημείου τήξης και ισχυρής αναγωγιμότητας. Είναι κατάλληλο για τη συγκόλληση τιτανίου και κραμάτων τιτανίου σε προστατευτική ατμόσφαιρα. Ωστόσο, η συγκόλληση υπό κενό θα μολύνει τον κλίβανο λόγω της εξάτμισης του λιθίου. Το μέταλλο πληρώσεως Ag-5al- (0,5 ~ 1,0) Mn είναι το προτιμώμενο μέταλλο πληρώσεως για εξαρτήματα από κράμα τιτανίου με λεπτά τοιχώματα. Η συγκολλημένη σύνδεση έχει καλή αντοχή στην οξείδωση και τη διάβρωση. Η αντοχή σε διάτμηση των συνδέσεων τιτανίου και κραμάτων τιτανίου που συγκολλούνται με μέταλλο πληρώσεως με βάση το άργυρο φαίνεται στον Πίνακα 12.

Πίνακας 12 Παράμετροι διεργασίας συγκόλλησης και αντοχή σύνδεσης τιτανίου και κραμάτων τιτανίου

Η θερμοκρασία συγκόλλησης της συγκόλλησης με βάση το αλουμίνιο είναι χαμηλή, γεγονός που δεν θα προκαλέσει την εμφάνιση κράματος τιτανίου β. Ο μετασχηματισμός φάσης μειώνει τις απαιτήσεις για την επιλογή υλικών και δομών συγκόλλησης. Η αλληλεπίδραση μεταξύ του μετάλλου πλήρωσης και του βασικού μετάλλου είναι χαμηλή και η διάλυση και η διάχυση δεν είναι προφανείς, αλλά η πλαστικότητα του μετάλλου πλήρωσης είναι καλή και είναι εύκολο να κυληθεί το μέταλλο πλήρωσης και το βασικό μέταλλο μαζί, επομένως είναι πολύ κατάλληλο για συγκόλληση καλοριφέρ κράματος τιτανίου, δομών κηρήθρας και δομών ελασμάτων.

Τα συλλιπάσματα με βάση το τιτάνιο ή το τιτάνιο-ζιρκόνιο περιέχουν γενικά Cu, Ni και άλλα στοιχεία, τα οποία μπορούν να διαχυθούν γρήγορα στη μήτρα και να αντιδράσουν με το τιτάνιο κατά τη συγκόλληση, με αποτέλεσμα τη διάβρωση της μήτρας και τον σχηματισμό εύθραυστου στρώματος. Επομένως, η θερμοκρασία συγκόλλησης και ο χρόνος συγκράτησης θα πρέπει να ελέγχονται αυστηρά κατά τη συγκόλληση και δεν θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για συγκόλληση δομών με λεπτά τοιχώματα, όσο το δυνατόν περισσότερο. Το B-ti48zr48be είναι ένα τυπικό συγκολλητικό Ti Zr. Έχει καλή διαβρεξιμότητα σε σχέση με το τιτάνιο και το βασικό μέταλλο δεν έχει τάση ανάπτυξης κόκκων κατά τη συγκόλληση.

(2) Μέταλλα πλήρωσης συγκόλλησης για ζιρκόνιο και βασικά κράματα Η συγκόλληση ζιρκονίου και βασικών κραμάτων περιλαμβάνει κυρίως b-zr50ag50, b-zr76sn24, b-zr95be5, κ.λπ., τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως στη συγκόλληση σωλήνων κραμάτων ζιρκονίου σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.

(3) Το συλλίπασμα συγκόλλησης και η προστατευτική ατμόσφαιρα τιτανίου, ζιρκονίου και κραμάτων βάσης μπορούν να επιτύχουν ικανοποιητικά αποτελέσματα σε κενό και αδρανή ατμόσφαιρα (ήλιο και αργό). Για τη συγκόλληση με θωράκιση αργού θα πρέπει να χρησιμοποιείται αργό υψηλής καθαρότητας και το σημείο δρόσου πρέπει να είναι -54 ℃ ή χαμηλότερο. Για τη συγκόλληση με φλόγα πρέπει να χρησιμοποιείται ειδικό συλλίπασμα που περιέχει φθόριο και χλωρίδιο μετάλλων Na, K και Li.

2. Τεχνολογία συγκόλλησης

Πριν από τη συγκόλληση, η επιφάνεια πρέπει να καθαριστεί σχολαστικά, να απολιπανθεί και να αφαιρεθεί η μεμβράνη οξειδίου. Η παχιά μεμβράνη οξειδίου πρέπει να αφαιρεθεί με μηχανική μέθοδο, μέθοδο αμμοβολής ή μέθοδο λουτρού τηγμένου άλατος. Η λεπτή μεμβράνη οξειδίου μπορεί να απομακρυνθεί στο διάλυμα που περιέχει 20% ~ 40% νιτρικό οξύ και 2% υδροφθορικό οξύ.

Τα Ti, Zr και τα κράματά τους δεν επιτρέπεται να έρχονται σε επαφή με την επιφάνεια της σύνδεσης με αέρα κατά τη διάρκεια της θερμικής συγκόλλησης. Η συγκόλληση μπορεί να πραγματοποιηθεί υπό την προστασία κενού ή αδρανούς αερίου. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί θέρμανση επαγωγής υψηλής συχνότητας ή θέρμανση σε προστασία. Η επαγωγική θέρμανση είναι η καλύτερη μέθοδος για μικρά συμμετρικά εξαρτήματα, ενώ η συγκόλληση σε κλίβανο είναι πιο πλεονεκτική για μεγάλα και σύνθετα εξαρτήματα.

Ως θερμαντικά στοιχεία για τη συγκόλληση Ti, Zr και των κραμάτων τους θα πρέπει να επιλέγονται Ni, Cr, W, Mo, Ta και άλλα υλικά. Δεν θα πρέπει να χρησιμοποιείται εξοπλισμός με εκτεθειμένο γραφίτη ως θερμαντικά στοιχεία για την αποφυγή ρύπανσης από άνθρακα. Τα εξαρτήματα συγκόλλησης θα πρέπει να είναι κατασκευασμένα από υλικά με καλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, παρόμοιο συντελεστή θερμικής διαστολής με το Ti ή το Zr και χαμηλή αντιδραστικότητα με το βασικό μέταλλο.