Verschleißfestes Blech und ungleichartiges Metallschweißen aus Titanlegierung
Das Schweißen verschiedener Metalle wird aufgrund seiner unterschiedlichen Eigenschaften in vielen Industriebereichen eingesetzt und spielt in der modernen Fertigung eine immer wichtigere Rolle. Wenn Titan mit einer verschleißfesten Platte geschweißt wird, kann die Struktur der verschleißfesten Titan-Ti-Platte die gute Schweißbarkeit, Verschleißfestigkeit und niedrigen Kosten der verschleißfesten Platte mit der geringen Dichte und guten Korrosionsbeständigkeit einer Titanlegierung kombinieren die komplementären Vorteile der beiden Materialien in Bezug auf Leistung und Wirtschaftlichkeit voll auszunutzen. Daher werden verschleißfeste Bleche und das Schweißen verschiedener Titanlegierungen in der Chemie-, Luftfahrt- und Nuklearindustrie häufig eingesetzt. Aufgrund der Unterschiede in den physikalischen und chemischen Eigenschaften von verschleißfestem Blech und Titanlegierung bilden sich jedoch leicht viele spröde intermetallische Verbindungen an der Schweißschnittstelle, sodass keine qualitativ hochwertigen Schweißergebnisse erzielt werden können. Daher ist das herkömmliche Schmelzschweißverfahren nicht für das ungleiche Schweißen von verschleißfesten Platten und Titanlegierungen geeignet.
Obwohl das Sprengschweißen bei Titanstahl-Verbundplatten erfolgreich eingesetzt wurde, ist es nur für bestimmte Werkstückformen geeignet und lässt sich nur schwer allgemein einsetzen. Derzeit sind Diffusionsschweißen, Elektronenstrahlschweißen und Laserschweißen die wichtigsten Schweißverfahren für Titanlegierungen und verschleißfeste plattenartige Metalle. Laserschweißen und Elektronenstrahlschweißen haben die Vorteile einer schnellen Erwärmung und Abkühlung, eines großen Verhältnisses von Schweißtiefe zu Schweißnahtbreite und wirken sich positiv auf die Bildung spröder Verbindungen beim Schweißen unterschiedlicher Metalle aus. Das Diffusionsschweißen ist aufgrund seines geringen Temperaturgradienten ein Nahtverbindungsverfahren, mit dem eine gleichmäßigere Struktur erzielt werden kann.
Erstens Diffusionsschweißen
Unter Diffusionsschweißen versteht man ein Schweißverfahren, bei dem zwei Oberflächen durch Kriechen und Diffusion der Kontaktfläche verbunden werden, um die Poren der Verbindungsoberfläche unter hoher Temperatur und einem bestimmten Druck zu schließen. Durch das direkte Diffusionsschweißen von verschleißfesten Blechen und Titanlegierungen kann vor allem durch eine angemessene Abstimmung von Temperatur und Zeit eine höhere Schweißqualität erzielt werden. Die optimale Temperatur beträgt im Allgemeinen 900 Grad ±50 Grad und die Zeit beträgt 30 bis 60 Minuten, um sicherzustellen, dass die Grenzflächenporen geschlossen sind und die Dicke der Fe-Ti-Verbindung gering ist; Der Druck beträgt etwa 5 MPa, ein zu hoher Druck erhöht die Restspannung der Verbindung. σ-Phase, Fe2Ti, FeTi ist eine Verbindung, die leicht entsteht, wenn verschleißfeste Platten und Titanlegierungen diffundiert und verschweißt werden. Direkter Kontakt zwischen Fe- und Ti-Elementen kann durch Hinzufügen einer Zwischenschicht wie Ni und Cu vermieden werden, und die Fe-Ti-Verbindungsphase kann durch die Bildung einer weniger spröden Ni-Ti- und Cu-Ti-Phase reduziert oder gehemmt werden, was die Qualität verbessern kann Gelenkfestigkeit bis zu einem gewissen Grad. Ag als Zwischenschicht kann die duktile Verbindung herstellen, die Kosten sind jedoch höher.
Zweitens: Elektronenstrahlschweißen
Das Prinzip des Elektronenstrahlschweißens besteht darin, die Wärmeenergie zu nutzen, die durch den Beschuss eines im Vakuum oder Nicht-Vakuum befindlichen Schweißstücks mit einem beschleunigten und fokussierten Elektronenstrahl erzeugt wird. Es zeichnet sich durch eine hohe Energiedichte, eine schnelle Abkühlgeschwindigkeit und eine gute Steuerbarkeit aus und kann die Größe des Schmelzbads und das Fusionsverhältnis zweier Metalle steuern. Es handelt sich um ein Materialschweißverfahren mit einzigartigen Vorteilen. Wenn jedoch verschleißfeste Bleche und Titanlegierungen direkt durch Elektronenstrahlschweißen verschweißt werden, entstehen in der Schweißzone viele Fe-Ti-Verbindungen, und die Verbindungen können nicht intakt sein. Es ist notwendig, eine Cu- und CU-V-Verbundzwischenschicht zu verwenden, um die Bildung einer spröden Phase wirksam zu verhindern und die Festigkeit und Zähigkeit von Schweißverbindungen durch die Bildung fester Lösungen zu verbessern. Auf dieser Grundlage werden Leistungsdichte, Strahlstrom und Schweißgeschwindigkeit angepasst, um den Wärmeeintrag zu steuern, und der Offset wird geändert, um eine geeignete Wärmeverteilung zu erreichen und die Schweißqualität weiter zu verbessern.
Drittens Laserschweißen
Beim Laserschweißen wird hochintensiver Laserstrahl auf die Metalloberfläche gestrahlt, wobei durch die Wechselwirkung von Laser und Metall das Metall schmilzt und so Schweiß entsteht. Beim Schweißen unterschiedlicher Metalle aus verschleißfesten Blechen und Titanlegierungen hat das Laserschweißen eine höhere Aufheiz- und Abkühlrate als das Elektronenstrahlschweißen, und durch die Verwendung des vorgespannten Strahls können direkte Schweißverbindungen mit einer bestimmten Festigkeit erzielt werden, die Festigkeit ist jedoch gering und die Massenschwankung ist groß. Durch die Verwendung von Cu als Zwischenschicht können ähnliche Schweißergebnisse wie beim Elektronenstrahlschweißen erzielt werden.
