Wat is de reden waarom titaniumlegeringen en aluminium moeilijk te lassen zijn?

Titaniumlegering is een lichtgewicht, zeer sterk, corrosiebestendig materiaal. Vanwege zijn uitstekende eigenschappen wordt het veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, medische apparatuur, de chemische industrie en andere gebieden. De lasprestaties van titaniumlegeringen zijn echter relatief slecht, voornamelijk om de volgende redenen:
Vorming van een oxidelaag:Er wordt gemakkelijk een vaste oxidelaag gevormd op het oppervlak van een titaniumlegering. Deze oxidelaag verhoogt niet alleen de moeilijkheidsgraad tijdens het lasproces, maar vermindert ook de lassterkte. Vóór het lassen zijn meestal enkele speciale voorbehandelingsmethoden, zoals beitsen of mechanisch polijsten, nodig om de oxidelaag te verwijderen en daardoor de lasprestaties te verbeteren.
Lage thermische geleidbaarheid:De thermische geleidbaarheid van een titaniumlegering is relatief laag, wat resulteert in een grote temperatuurgradiënt nabij de las, die gemakkelijk lasvervormingen en scheuren kan veroorzaken. Om de temperatuurgradiënt te verkleinen zijn vaak maatregelen nodig zoals voorverwarmen en regelen van de lassnelheid, waardoor de complexiteit van het lasproces toeneemt.
Waterstofgevoeligheid:Titaniumlegering is gevoelig voor waterstof en absorbeert gemakkelijk waterstof tijdens het lasproces, wat resulteert in waterstofverbrossing. Waterstofverbrossing kan brosse breuken van lasverbindingen veroorzaken. Er moeten daarom enkele maatregelen worden genomen, zoals het beheersen van het waterstofgehalte in de lasomgeving, om het risico op waterstofverbrossing te verminderen.

Selectieve ontbinding:Titaniumlegeringen zijn gevoelig voor selectieve oplossing met sommige metalen elementen bij hoge temperaturen, waardoor een brosse fase ontstaat, die de prestaties van lasverbindingen beïnvloedt. Daarom moet speciale aandacht worden besteed aan het vermijden van deze selectieve oplossing bij het selecteren van lasmaterialen en lasprocessen.
Hoog smeltpunt:Het relatief hoge smeltpunt van titaniumlegeringen vereist hoge temperaturen voor het lasproces, waardoor het energieverbruik en de eisen aan lasapparatuur toenemen.
Om deze problemen op te lossen vereist het lassen van titaniumlegeringen meestal het gebruik van gespecialiseerde lasprocessen, waaronder lassen met beschermgas, elektronenstraallassen, laserlassen en andere geavanceerde lastechnologieën. Bovendien zijn het selecteren van geschikte lasmaterialen, het controleren van lasparameters en het toepassen van voorbehandelingsmethoden ook belangrijke manieren om de laskwaliteit van titaniumlegeringen te verbeteren.

Samenvattend zijn de volgende redenen waarom titaniumlegeringen en aluminium moeilijk te lassen zijn:
1. Aluminium en titanium reageren gemakkelijk met zuurstof
⑴ Aluminium reageert met zuurstof en vormt een dichte en vuurvaste Al2O3 (oxidefilm) met een smeltpunt tot wel 2050 graden, wat de combinatie van de twee basismaterialen belemmert en de las gevoelig maakt voor insluitsels.
⑵Titanium begint te oxideren bij 600 graden. Hoe hoger de temperatuur, hoe ernstiger de oxidatie zal zijn, waarbij TiO2 (titaandioxide) ontstaat, waardoor een brosse tussenlaag in de las ontstaat, waardoor de plasticiteit en taaiheid afnemen.
2. Aluminium en titanium reageren verschillend bij verschillende temperaturen
⑴. Bij 1460 graden vormen aluminium en titanium een ​​TiAl-verbinding (titaniumaluminide) die een aluminiummassafractie van 36,03% bevat, wat de brosheid van het metaal verhoogt.
⑵ Aluminium en titanium vormen een TiAl3-verbinding (titaniumtrialuminide) die 60% tot 64% aluminiummassafractie bevat bij 1340 graden.
⑶ Nadat aluminium en titanium zijn gesmolten, wanneer de massafractie van titanium 0,15% bedraagt, wordt een vaste oplossing van titanium gevormd in aluminium.
3. De onderlinge oplosbaarheid van aluminium en titanium is zeer klein
⑴Bij 665 graden is de oplosbaarheid van titanium in aluminium 0,26%~0,28%. Naarmate de temperatuur daalt, neemt de oplosbaarheid af.
⑵Wanneer de temperatuur daalt tot 20 graden, daalt de oplosbaarheid van titanium in aluminium tot 0,07%, waardoor het moeilijk wordt om de twee basismaterialen te combineren.
De oplosbaarheid van aluminium in titanium is beperkter, wat het vormen van lasnaden tussen de twee basismaterialen erg lastig maakt.
4. Aluminium en titanium hebben een sterke waterabsorptie bij hoge temperaturen.
⑴Vloeibaar aluminium kan een grote hoeveelheid waterstof oplossen, maar is vrijwel onoplosbaar in de vaste toestand. Naarmate de las stolt, heeft de waterstof geen tijd om te ontsnappen en poriën te vormen.
⑵Waterstof heeft een hoge oplosbaarheid in titanium. Bij lage temperaturen hoopt waterstof zich op in de poriën, waardoor de plasticiteit en taaiheid van de las wordt verminderd en gemakkelijk brosse scheuren ontstaan.
5. Aluminium vormt broze verbindingen met titanium en andere onzuiverheden
⑴. Het door aluminium en zuurstof gevormde oxide verhoogt de brosheid van het metaal en maakt het lassen lastig.
⑵Titanium en stikstof vormen titaniumnitride, wat de plasticiteit van het metaal vermindert.
⑶Titanium en koolstof vormen carbiden. Wanneer de massafractie koolstof groter is dan 0,28%, zal de lasbaarheid van beide basismetalen aanzienlijk verslechteren.
6. Aluminium en titanium reageren verschillend bij verschillende temperaturen
⑴De thermische geleidbaarheid van aluminium en titanium is heel verschillend. Aluminium (206,9W·m-2·K-1) is ongeveer 16 keer groter dan titanium (13,8W·m-2·K-1).
⑵De lineaire uitzettingscoëfficiënten van aluminium en titanium zijn heel verschillend, en aluminium is ongeveer 3 keer groter dan titanium. Gevoelig voor barsten onder druk.
7. De legeringselementen in aluminium en titanium verbranden en verdampen
⑴Wanneer aluminium of een aluminiumlegering smelt, beginnen elementen met een lager smeltpunt, zoals magnesium, zink, enz., te verbranden of te verdampen.
⑵ Wanneer het smeltpunt van titanium of titaniumlegering wordt bereikt (1677 graden), verbranden en verdampen legeringselementen zoals aluminium meer, wat resulteert in een ongelijkmatige chemische samenstelling van de las en verminderde sterkte.