فیلر تیتانیوم
یکی از انواع فیلرهای فلزی که امروزه بسیار کاربرد دارد، فیلر تیتانیوم (Titanium Tigrod) است. تیتانیوم خالص تجاری و بیشتر آلیاژهای آن را میتوان با روش‌های مورد استفاده در جوشکاری فولاد ضد زنگ آستنیتی و آلومینیوم، جوش داد.
تیتانیوم و آلیاژهای آن در دماهای بالاتر از ۵۵۰ درجه سانتیگراد واکنش‌پذیری بالایی دارند. به همین دلیل، معمولاً برای محافظت از جوشکاری در برابر تماس با هوا، اقدامات احتیاطی بیشتری اعمال شود. همچنین فلز پایه جوشکاری و فیلر باید تمیز باشند تا از آلودگی در حین جوشکاری جلوگیری شود.
انواع فیلر تیتانیوم
۳۱ گرید مختلف تیتانیوم بر اساس خواص مکانیکی و شیمیایی آنها وجود دارد. قابلیت جوشکاری گریدهای تیتانیوم یکی از مواردی است که در نظر گرفته میشود. این گریدها به سه کلاس تقسیم میشوند:
تیتانیوم خالص تجاری CP یا بدون آلیاژ
تیتانیوم خالص تجاری حاوی ۵/۹۹-۹۸ درصد تیتانیوم است. CP بهترین جوش‌پذیری را در گریدهای تیتانیوم دارد. متداولترین گریدهای CP گریدهای ۱، ۲، ۳ و ۴ هستند. تفاوت این گریدها در میزان آلیاژ اکسیژن و آهن آنها است. درجه ۱ خالصترین و ضعیفترین محسوب میشود. به‌خاطر داشته باشید که خواص مکانیکی با عدد گرید افزایش مییابد. گرید ۴ با اکسیژن و آهن بیشتر، استحکام بالاتری دارد، اما دارای شکل‌پذیری و جوش‌پذیری کمتری است.
آلفا
آلیاژهای آلفا معمولاً حاوی آلومینیوم، قلع و مقادیر کمی از اکسیژن، نیتروژن و کربن هستند. همچنین در مقایسه با سایر آلیاژهای تیتانیوم، استحکام متوسطی دارند. فیلر آلفا انعطاف‌پذیری مناسب و خواص مکانیکی عالی در دماهای پایین دارد. این “فیلر تیتانیوم” قابلیت جوشکاری بالایی دارد و همیشه در حالت آنیل جوش داده میشود.
آلیاژهای آلفا به عملیات حرارتی پاسخ نمیدهند. بااین‌حال، آنها را میتوان با کار سرد تقویت کرد. در کنار گریدهای تیتانیوم CP، آلیاژهای آلفا بالاترین مقاومت خوردگی را در بین گروه‌های تیتانیوم دارند.
آلفا – بتا
آلیاژهای آلفا – بتای تیتانیوم دارای هر دو ساختار کریستالی هستند. آنها با افزودن کمتر از ۶ درصد آلومینیوم و مقادیر متفاوتی از عناصر تشکیل‌دهنده بتا ساخته میشوند. این عناصر عبارت‌اند از وانادیم، کروم و مولیبدن. این آلیاژها در مقایسه با سایر گریدهای تیتانیوم استحکام متوسط تا پایینی دارند. آلیاژهای TI5 آرکامتال با بهترین کیفیت از همین دسته هستند.
برخلاف آلیاژهای CP و آلفا که فقط با کار سرد قابل تقویت هستند، آلیاژهای آلفا – بتا قابلیت عملیات حرارتی دارند؛ بنابراین، این گریدها میتوانند درحالی‌که مواد هنوز شکل‌پذیر هستند، تحت ماشین‌کاری قرار گیرند. آلیاژهای آلفا – بتا به‌طورکلی قابلیت جوشکاری دارند. بااین‌حال، جوش‌پذیری این سیم شاخه تیتانیوم به مقدار بتا موجود در آن بستگی دارد. هر چه عناصر بتا بالاتر باشند، جوش‌پذیری درجه‌های تیتانیوم کمتر و شکنندگی آنها بیشتر است.
در صنعت، پرکاربردترین آلیاژهای تیتانیوم جهت مصارف جوشکاری، گریدهای خالص تجاری TI1 و TI2، همچنین آلیاژهای شامل ۶ درصد آلومینیوم و ۴ درصد وانادیوم TI5 هستند.
کاربرد فیلرهای تیتانیوم در صنایع
سیم شاخه تیتانیوم گرید ۵ که پرمصرف‌ترین گرید تیتانیوم است، کاربردهای فراوانی دارند. جوشکاری فنهای صنعتی، مخازن تحت‌فشار، تیغههای کمپرسور، قطعات خودرو، صنایع دریایی، شیمیایی، نیروگاهی و حتی استخراج نفت و گاز از آن جمله هستند.
تیتانیوم همچنین به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و گرما و نسبت استحکام به وزن بالا، در صنایع هوانوردی به کار برده میشود. آلیاژهای تیتانیوم به‌طورکلی قوی‌تر از آلیاژهای آلومینیوم و سبک‌تر از فولاد هستند.
روش‌های جوشکاری با فیلر تیتانیوم
تکنیکها و تجهیزات مورداستفاده در جوشکاری تیتانیوم نیازمند توجه زیاد به تمیزی است. همچنین نیاز به محافظ گاز خنثی کمکی وجود دارد. فلز جوش تیتانیوم مذاب باید کاملاً از آلودگی هوا محافظت شود. همچنین، مناطق تحت‌تأثیر حرارت داغ و سمت ریشه جوش تیتانیوم باید تا زمانی که دما به زیر ۴۲۷ درجه سانتیگراد کاهش مییابد، محافظت شود.
برای جوشکاری تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم از فرآیندهای ذوبی زیر استفاده میشود:
| جوشکاری قوسی با گاز تنگستن (GTAW) | جوشکاری قوس فلزی با گاز (GMAW) | جوشکاری قوس پلاسما (PAW) |
| جوشکاری با پرتو الکترونی (EBW) | جوشکاری اصطکاکی (FRW) | جوشکاری مقاومتی (RW) |
| نگهداری و آماده‌سازی تیتانیوم برای جوشکاری |
پس از سفارش سیم شاخه تیتانیوم آرکامتال، (امکان ارسال به سراسر کشور وجود دارد)، باید دقت کنید که پاکیزگی در جوشکاری، کلید موفقیت است. درحدی که حتی نباید مواد را با دستان خالی لمس کنید. چربی پوست بدن، همراه با روغنهای دیگر (گریس و کثیفی)، سطح را آلوده میکنند. در طول فرآیند آماده‌سازی از دستکش‌های نیتریل (دستکش‌های بدون پرز) استفاده کنید.
در صورت امکان، یک ایستگاه کاری اختصاصی باید وجود داشت باشد که خطر آلودگی از فلزات دیگر را به حداقل برساند. این آلودگی شامل گردوغباری از آلومینیوم، فولاد ضدزنگ و سایر آلیاژهای رایج است.
ابزاری که برای برش و آسیاب تیتانیوم خود استفاده میکنید، باید مخصوص آن باشد. از ابزارهای سنگ‌زنی نرم که ممکن است موادی در آنها تعبیه شده باشند، دوری کنید. سعی کنید از ابزار یا سوهان برش کاربید استفاده کنید. از چرخهای سنگ‌زنی یا برسهای فولادی ضدزنگ که برای آماده‌سازی سایر آلیاژها به کار میبرید، استفاده نکنید. چراکه میتواند منجر به آلودگی متقابل شود.
جوشکاری با فیلر تیتانیوم به چه تجهیزاتی نیاز دارد؟
جوشکاری تیتانیوم نسبتاً ساده است و توصیه میشود با الکترود جریان مستقیم منفی (DCEN) انجام شود. به‌این‌ترتیب، یک منبع برق جوشکاری مبتنی بر ترانسفورماتور یا اینورتر با قابلیت‌های DC کافی است. قابلیت‌های جوشکاری AC ضروری نیستند (مگر اینکه به طور منظم از منبع تغذیه برای جوش‌دادن سایر آلیاژها نیز استفاده کنید).
چند نکته کلیدی که باید رعایت شوند، عبارت‌اند از:
قابلیت شروع قوس با فرکانس بالا بسیار مهم است؛ زیرا تنگستن هرگز نباید فلز پایه را لمس کند.
قابلیت پالس در کاهش گرمای ورودی، بهبود پایداری قوس و افزایش نفوذ بسیار مفید است. به‌این‌ترتیب، اینورترهایی با فرکانسهای پالسی بالاتر در اینجا مزیت دارند.
یک ماشین جوشکاری با قابلیت آمپر پایین انتخاب کنید. یک منبع تغذیه با بازه ۳ تا ۲۰۰ آمپر محدوده‌ای عالی را برای اکثر کاربردهای جوشکاری تیتانیوم فراهم میکند.
در صورت خرید فیلر تیتانیوم از آرکامتال لازم است بدانید تمامی کالاها و خدمات دارای مجوزهای لازم از مراجع مربوطه هستند؛ بنابراین هیچ نگرانی برای جوشکاری با این محصولات وجود ندارد.
مزایای تیتانیوم برای جوشکاری
از فواید کلی تیتانیوم میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
-
- ۴۵ درصد سبک‌تر از فلز فولاد
-
- ۶۰ درصد سنگینتر از فلز آلومینیوم
-
- بیش از سه برابر قوی‌تر از فلزات فولاد و آلومینیوم
-
- مقاومت در برابر خوردگی بیشتر
-
- هزینههای نگهداری کمتر
-
- ماندگاری طولانی‌تر از فلزات دیگر
-
- کاربرد در دمای زیر صفر بدون ازدست‌دادن چقرمگی
تیتانیوم یک فلز واکنش‌پذیر است و لایه نازکی از دی‌اکسید تیتانیوم را روی سطح خود تشکیل میدهد. این لایه اکسیدی، مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد و در محیطهای اسیدی، کلرید و آب شور به طور نامحدود دوام میآورد. هرچند هزینه تهیه این فیلر گران است، اما عمر طولانی آن و کاهش یا عدم نیاز به تعمیر و نگهداری، هزینه نهایی آن را پایین میآورد.
قیمت فیلر تیتانیوم
سنگ معدن تیتانیوم یک عنصر نسبتاً فراوان است. اما واکنش‌پذیری بالایی با اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن موجود در هوا دارد. همین امر، فرآیند استخراج، آسیاب و ساخت آن را بسیار پیچیده و پرهزینه میکند. قیمت این فیلرها نیز به همین ترتیب افزایش مییابد.
معایب تیتانیوم در جوشکاری چیست؟
به علت واکنش‌پذیری تیتانیوم، جوشکاری با آن کمی دشوار است؛ زیرا این فلز بهراحتی با اکسیژن تعامل میکند. همین امر، آن را مستعد اکسیدشدن و آلودگی میکند. بااین‌حال، آماده‌سازی دقیق، ثابت، یک‌دست و تمرین زیاد منجر به انجام جوشهای موفق میشود.
سؤالات متداول
انواع فیلر تیتانیوم کدام هستند؟
به شکل کلی، سه کلاس مختلف برای گرید تیتانیوم وجود دارد: تیتانیوم خالص، آلفا و آلفا – بتا.
پرکاربردترین گرید تیتانیوم در جوشکاری چیست؟
گریدهای خالص تجاری TI1 تاTI2 و همچنین آلیاژهای شامل ۶ درصد آلومینیوم و ۴ درصد وانادیوم TI5 از همه گریدها بیشتر استفاده میشوند.
آیا تیتانیوم مقاومت بیشتری در برابر خوردگی نسبت به فولاد و آلومینیوم دارد؟
بله تیتانیوم یک فلز بسیار واکنش‌پذیر است. این فلز لایه‌نازکی از دی‌اکسید تیتانیوم را روی سطح خود تشکیل میدهد که مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد.
کلید موفقیت در جوشکاری تیتانیوم چیست؟
پاکیزگی سطح بهقدری اهمیت دارد که گفته میشود حتی نباید با دست‌خالی آن را لمس کرد.
جمع‌بندی
فیلر تیتانیوم انواع مختلف با قابلیت‌های جوشکاری متفاوتی دارد. پرمصرف‌ترین آلیاژهای تیتانیوم جهت مصارف جوشکاری، TI1 و TI2 (گریدهای خالص تجاری) و همچنین آلیاژهای آلومینیوم و وانادیوم TI5 هستند. در این مقاله به کاربرد جوشکاری تیتانیوم و روش‌های انجام آن پرداختیم. همچنین معایب، مزایا و قیمت فیلرهای تیتانیوم را مورد بررسی قرار دادیم.
در صورت وجود هرگونه سؤال میتوانید در قسمت نظرات کاربران کامنت بگذارید و از مشاوران آرکامتال پاسخ خود را دریافت کنید.