วิธีเชื่อมแผ่นทองแดงและไทเทเนียม?

ประเภทขัดแตะ จุดหลอมเหลว การนำความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น และองค์ประกอบทางเคมีของแผ่นทองแดงและไทเทเนียมมีความแตกต่างกันมาก ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะเชื่อม

1. รอยเชื่อมมีแนวโน้มที่จะเกิดรูขุมขน

(1) ทองแดงและไทเทเนียมมีความสามารถในการดูดซับไฮโดรเจนที่แข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูง และไฮโดรเจนละลายได้มากกว่าในทองแดงและไทเทเนียมเหลว

(2) ก๊าซถูกสร้างขึ้นในสระหลอมเหลวปฏิกิริยาโลหะวิทยาอุณหภูมิสูง

(3) ก๊าซออกซิเจนและไนโตรเจนรอบๆ บริเวณการเชื่อมจะถูกจุ่มลงในบ่อหลอมเหลว ในระหว่างกระบวนการตกผลึกของสระหลอมเหลว ก๊าซทั้งหมดไม่สามารถหลุดออกจากพื้นผิวของสระหลอมเหลวได้ และยังคงอยู่ในรอยเชื่อมเพื่อสร้างรูพรุน

2. รอยเชื่อมมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าว

เมื่อเชื่อมทองแดงและไทเทเนียม อาจเกิดยูเทคติกและไฮไดรด์ที่ด้านโลหะของวัสดุฐานทั้งสอง ซึ่งอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวได้ง่ายภายใต้การกระทำของความเค้นในการเชื่อม

(1) ทองแดงและบิสมัทเกิดเป็นยูเทคติก (Cu+Bi) โดยมีจุดยูเทคติก 270 องศา

(2) ทองแดงและอะลูมิเนียมเกิดเป็นยูเทคติก (Cu+Pb) โดยมีจุดยูเทคติก 326 องศา

(3) ทองแดงและเฟอร์รัสซัลไฟด์เกิดเป็นยูเทคติก (Cu+Cu2O) โดยมีจุดยูเทคติก 1,067 องศา

(4) TiH2 ที่มีลักษณะคล้ายเกล็ดเกิดขึ้นที่ด้านโลหะของวัสดุฐานไทเทเนียม ทำให้เกิดการเปราะของไฮโดรเจน

(5) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของทองแดงและไทเทเนียมมีความแตกต่างกันมากกว่า 1 เท่า ซึ่งจะทำให้เกิดความเครียดมากขึ้นระหว่างการเชื่อม

3. สมบัติทางกลของรอยเชื่อมต่ำ

(1) ฟิล์มออกไซด์อาจทำให้พันธะตามขอบเกรนระหว่างทองแดงกับไทเทเนียมอ่อนลง ตัวอย่างเช่น เมื่อปริมาณออกซิเจนในแนวเชื่อมถึง 0.38% มุมการดัดงอของข้อต่อจะลดลงจาก 180 องศา เป็น 120 องศา

(2) ยูเทคติกและไฮไดรด์จำนวนมากช่วยลดความเป็นพลาสติกและความเหนียวของรอยเชื่อมได้อย่างมาก

(3) ความสามารถในการละลายร่วมกันของทองแดงและไทเทเนียมมีขนาดเล็กมากและสารประกอบระหว่างโลหะจะเกิดขึ้นได้ง่ายที่อุณหภูมิสูง เช่น Ti2Cu, TiCu, Ti3Cu4, Ti2Cu3, TiCu2 และ TiCu4 ซึ่งเพิ่มความเปราะบาง ลดความเป็นพลาสติก และลดความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะเชื่อมได้อย่างมาก

ข้อต่อการเชื่อมที่ยอดเยี่ยมสามารถหาได้จากการเชื่อมแบบกระจายสุญญากาศ การเชื่อมอาร์กอนอาร์ก การเชื่อมอาร์กพลาสมา การประสาน และการเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอนระหว่างทองแดงกับไททาเนียมหรือโลหะผสมไททาเนียม

ตัวอย่างเช่น: ใช้การเชื่อมแบบกระจายสุญญากาศ ลักษณะของการเชื่อมแบบกระจายสุญญากาศคือข้อต่อไม่ออกซิไดซ์ ตะเข็บเชื่อมมีลักษณะสวยงาม และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ก็ดี ขั้นตอนการทำงานหลักคือ: ก่อนการเชื่อม โลหะฐานทองแดง (เช่น T2) จะถูกทำความสะอาดด้วยไตรคลอโรเอทิลีนเพื่อขจัดคราบน้ำมันและสิ่งสกปรกอื่นๆ จากนั้นนำไปแกะสลักในสารละลายกรดซัลฟิวริก 10% เป็นเวลา 1 นาที ล้างด้วยน้ำกลั่น แล้วจึงอบอ่อน อุณหภูมิการหลอมอยู่ที่ 820~830 องศา และเวลาในการหลอมคือ 10 นาที

หลังจากทำความสะอาดโลหะฐานไทเทเนียม (TA2) ด้วยไตรคลอโรเอทิลีนแล้ว ให้ใช้วิธีการสั่นเพื่อกัดกรดเป็นเวลา 4 นาทีในส่วนปริมาตร 2% ของ HF และเศษส่วนปริมาตร 50% ของสารละลายน้ำ HNO3 เพื่อขจัดฟิล์มออกไซด์ จากนั้นจึงทำความสะอาด ด้วยน้ำและแอลกอฮอล์

(4) ประกอบโลหะฐานที่ทำความสะอาดแล้วทั้งสองชิ้นตามความต้องการของกระบวนการ จากนั้นนำไปใส่ในเตาสุญญากาศเพื่อทำการเชื่อม พารามิเตอร์การเชื่อมคือ: อุณหภูมิการเชื่อมคือ 810 องศา ±10 องศา ความดันคือ 5~10MPa เวลาคือ 10 นาที และระดับสุญญากาศคือ 1.3332×10-8~1.3332×10-9MPa สามารถเพิ่มชั้นการแพร่กระจายขั้นกลางระหว่างโลหะฐานทั้งสองได้ โดยปกติแล้ว วัสดุชั้นการแพร่กระจายจะเป็นโลหะไนโอเบียม หรือไม่จำเป็นต้องมีชั้นการแพร่กระจายระดับกลาง ทำความสะอาดพื้นผิวรอยต่ออย่างระมัดระวังหลังการเชื่อม

หากใช้การเชื่อมอาร์กอนอาร์กในการเชื่อมทองแดงและไทเทเนียม การเลือกอิเล็กโทรดทังสเตนซีเรียมสามารถปรับปรุงคุณภาพการเชื่อมและเป็นประโยชน์ต่อสุขภาพของมนุษย์ ตัวอย่างเช่น เมื่อเชื่อมโลหะผสมทองแดง (QCr0.5) และโลหะผสมไทเทเนียม (TC2) ไนโอเบียมสามารถใช้เป็นวัสดุชั้นเปลี่ยนผ่านได้ และความบริสุทธิ์ของอาร์กอนคือ 99.8% เพื่อให้ได้ข้อต่อคุณภาพสูง