چگونه صفحات مس و تیتانیوم را جوش دهیم؟

نوع شبکه، نقطه ذوب، هدایت حرارتی، ضریب انبساط خطی و ترکیب شیمیایی صفحات مس و تیتانیوم بسیار متفاوت است، بنابراین جوشکاری آن بسیار دشوار است.

1. جوش ها مستعد منافذ هستند

(1) مس و تیتانیوم دارای قابلیت جذب هیدروژن قوی در دماهای بالا هستند و هیدروژن در مس مایع و تیتانیوم محلول تر است.

(2) گاز در حوضچه مذاب واکنش متالورژیکی با دمای بالا تولید می شود.

(3) گاز اکسیژن و نیتروژن در اطراف ناحیه جوش در حوضچه مذاب غوطه ور می شود. در طی فرآیند تبلور حوضچه مذاب، تمام گاز نمی تواند از سطح حوضچه مذاب خارج شود و در جوش باقی می ماند و منافذ ایجاد می کند.

2. اتصالات جوش داده شده مستعد ترک هستند

هنگامی که مس و تیتانیوم جوش داده می شوند، یوتکتیک و هیدرید می توانند در طرف های فلزی دو ماده پایه تشکیل شوند که به راحتی می توانند در اثر تنش جوشکاری باعث ایجاد ترک شوند.

(1) مس و بیسموت یک یوتکتیک (Cu+Bi) با نقطه یوتکتیک 270 درجه تشکیل می دهند.

(2) مس و آلومینیوم یک یوتکتیک (Cu+Pb) با نقطه یوتکتیک 326 درجه تشکیل می دهند.

(3) مس و سولفید آهن یک یوتکتیک (Cu+Cu2O) با نقطه یوتکتیک 1067 درجه تشکیل می دهند.

(4) هیدرید پولک مانند TiH2 در سمت فلزی مواد پایه تیتانیوم تشکیل می شود و باعث شکنندگی هیدروژن می شود.

(5) ضرایب انبساط خطی مس و تیتانیوم بیش از 1 برابر متفاوت است که در حین جوشکاری تنش بیشتری ایجاد می کند.

3. خواص مکانیکی اتصالات جوش داده شده کم است

(1) فیلم اکسید می تواند پیوند بین دانه ای بین مس و تیتانیوم را ضعیف کند. به عنوان مثال، هنگامی که میزان اکسیژن در جوش به 0.38٪ می رسد، زاویه خمش اتصال از 180 درجه به 120 درجه کاهش می یابد.

(2) مقدار زیادی یوتکتیک و هیدریدها به طور قابل توجهی انعطاف پذیری و چقرمگی اتصالات جوش داده شده را کاهش می دهند.

(3) حلالیت متقابل مس و تیتانیوم بسیار کم است و ترکیبات بین فلزی به راحتی در دماهای بالا تشکیل می شوند. مانند Ti2Cu، TiCu، Ti3Cu4، Ti2Cu3، TiCu2 و TiCu4 که باعث افزایش شکنندگی، کاهش انعطاف پذیری و کاهش قابل توجه مقاومت به خوردگی فلز جوش می شوند.

اتصالات جوش عالی را می توان با جوشکاری انتشار در خلاء، جوشکاری با قوس آرگون، جوشکاری قوس پلاسما، لحیم کاری و جوشکاری پرتو الکترونی بین مس و تیتانیوم یا آلیاژهای تیتانیوم به دست آورد.

به عنوان مثال: از جوشکاری انتشار خلاء استفاده می شود. از ویژگی های جوشکاری انتشار خلاء این است که اتصالات اکسید نمی شوند، درزهای جوش ظاهر زیبایی دارند و کیفیت محصول خوب است. فرآیند اصلی عملیات این است: قبل از جوشکاری، فلز پایه مس (مانند T2) با تری کلرواتیلن تمیز می شود تا لکه های روغن و سایر ناخالصی ها پاک شود. سپس به مدت 1 دقیقه در محلول اسید سولفوریک 10 درصد اچ شده و با آب مقطر شسته و سپس آنیل می شود. دمای آنیل 820 تا 830 درجه و زمان آنیل 10 دقیقه است.

پس از تمیز کردن فلز پایه تیتانیوم (TA2) با تری کلرواتیلن، از روش ارتعاشی استفاده کنید تا آن را به مدت 4 دقیقه در کسر حجمی 2% HF و کسر حجمی 50% از محلول آبی HNO3 برای حذف لایه اکسیدی اچ کرده و سپس آن را تمیز کنید. با آب و الکل

(4) دو فلز پایه تمیز شده را مطابق با الزامات فرآیند جمع آوری کنید و سپس آنها را برای جوشکاری در یک کوره خلاء قرار دهید. پارامترهای جوش عبارتند از: دمای جوش 810 درجه ± 10 درجه، فشار 5 ~ 10 مگاپاسکال، زمان 10 دقیقه، و درجه خلاء 1.3332×10-8~1.3332×10-9MPa است. یک لایه انتشار میانی را می توان بین دو فلز پایه اضافه کرد. معمولاً مواد لایه نفوذ فلز نیوبیوم است یا به لایه انتشار میانی نیاز نیست. پس از جوشکاری سطح اتصال را با دقت تمیز کنید.

اگر از جوشکاری آرگون برای جوشکاری مس و تیتانیوم استفاده شود، انتخاب الکترودهای تنگستن سریم می‌تواند کیفیت جوش را بهبود بخشد و برای سلامت انسان مفید باشد. به عنوان مثال، هنگام جوشکاری آلیاژ مس (QCr{0}}.5) و آلیاژ تیتانیوم (TC2)، می توان از نیوبیم به عنوان ماده لایه گذار استفاده کرد و خلوص آرگون 99.8٪ برای به دست آوردن اتصالات با کیفیت بالا است.