티타늄 용접: 이음새 색상 및 품질 디코딩
티타늄 용접 이음새의 색은 품질에 대해 무엇을 알 수 있을까요? 이 매혹적인 질문은 반응성과 고유 한 금속으로 알려진 티타늄 용접의 복잡성을 탐구합니다.
티타늄 용접에 정밀도와 전문성이 요구되는 이유는 무엇일까요? 이 글에서는 높은 화학 반응성과 불순물에 대한 민감성 등 티타늄 용접의 고유한 문제점에 대해 살펴봅니다. 강력하고 안정적인 용접을 보장하기 위한 필수 기술과 모범 사례를 알아보고 일반적인 함정을 피하는 방법을 배워보세요. 이 가이드는 숙련된 용접공이든 티타늄 작업을 처음 접하는 사람이든 이 놀라운 소재에 대한 기술과 이해를 향상시킬 수 있는 귀중한 통찰력을 제공할 것입니다.
티타늄 합금은 저밀도, 높은 중량 대비 강도, 우수한 내식성, 낮은 열전도율, 무독성, 비자성을 가지며 용접이 가능합니다. 항공우주, 항공, 화학, 석유, 전력, 의료, 건설, 스포츠 산업에서 널리 사용됩니다.
(1) 불순물 오염으로 인한 취성:
티타늄의 높은 화학 반응성으로 인해 용접 열 사이클은 용접 풀, 350℃ 이상의 용융 영역 금속 및 열 영향 영역이 공기 또는 표면에 존재하는 수소, 산소, 질소 및 오일, 습기 등과 같은 오염 물질과 쉽게 반응할 수 있습니다. 용접 재료 및 와이어.
티타늄은 300℃ 이상의 수소, 600℃ 이상의 산소, 700℃ 이상의 질소를 빠르게 흡수합니다. 티타늄에 다량의 탄소가 포함되어 있으면 깨지기 쉬운 TiC 네트워크 구조가 형성될 수 있습니다. 이러한 조건은 티타늄과 그 합금의 연성 및 인성을 크게 감소시켜 용접 조인트의 성능을 저하시킵니다.
티타늄 표면에 형성되는 산화막의 색은 생산 온도에 따라 달라집니다.
200℃ 이하에서는 은백색, 300℃에서는 옅은 노란색, 400℃에서는 금색, 500℃와 600℃에서는 각각 파란색과 보라색, 700℃~900℃에서는 다양한 회색으로 변합니다.
산화막의 색상은 보호되지 않은 영역의 온도를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 용접 프로세스.
(2) 용접 중 상 변환으로 인한 성능 저하:
티타늄의 결정 구조는 두 가지가 있는데, 882℃ 이상에서는 β-티타늄으로 알려진 몸체 중심의 정육면체 격자 구조를 가지며, 882℃ 미만에서는 α-티타늄으로 불리는 밀집된 육각형 격자 구조를 가집니다. 선박에 사용되는 티타늄은 β 안정화 원소가 거의 없고 대부분 α-철 합금입니다.
고온에서 용접하는 동안 용접부와 열 영향 영역의 일부가 β 결정 구조로 변형되어 결정립이 크게 성장하는 경향이 있습니다.
티타늄은 녹는점이 높고 비열 용량이 크며 열전도율이 낮기 때문에 용접 시 고온에서 머무는 시간이 강철보다 약 3~4배 더 깁니다.
이로 인해 고온 열 영향 영역이 넓어져 용접부와 고온 열 영향 영역에서 입자가 눈에 띄게 성장하여 연성이 크게 감소합니다.
따라서 티타늄 용접 시 일반적으로 낮은 용접 열 입력과 빠른 냉각 속도를 사용하여 고온에서 체류 시간을 줄이고, 입자 성장 정도를 최소화하고, 고온 열 영향 영역의 크기를 줄이고, 연성 감소를 완화하는 것이 좋습니다.
(3) 용접 영역에는 불활성 가스 차폐가 필요합니다:
고온에서 티타늄은 공기 중 산소와 친화력이 강합니다. 따라서 산화를 방지하기 위해 200℃ 이상의 불활성 가스 차폐를 사용해야 합니다.
(4) 중요 용접 왜곡:
티타늄의 탄성 계수는 탄소강의 절반에 불과합니다. 동일한 용접 응력 하에서 티타늄의 용접 왜곡은 탄소강보다 두 배 더 큽니다.
따라서 티타늄을 용접할 때는 일반적으로 백킹 플레이트를 사용하는 것이 좋습니다. 클램핑 플레이트를 사용하여 용접 왜곡을 최소화합니다.
(5) 다공성이 발생하기 쉽습니다:
다공성은 티타늄 용접의 일반적인 결함입니다. 티타늄 용접 중에 형성되는 기공은 주로 수소 기공이지만 CO 가스에 의해 형성되는 기공도 있을 수 있습니다.
(6) 크랙 발생 가능성:
티타늄의 황, 인, 탄소와 같은 불순물은 녹는점이 낮고 결정립 경계에서 티타늄과 응고 온도 범위가 좁습니다.
그 결과 응고 중 용접부의 수축이 적고 일반적으로 용접부의 열 균열이 발생하지 않습니다. 티타늄 용접부의 균열은 일반적으로 수소로 인해 발생합니다. 차가운 균열.
(7) 용융 용접용 강철과의 비호환성:
철은 티타늄에 0.05%에서 0.10%에 이르는 매우 낮은 질량 분율로 용해됩니다.
따라서 티타늄과 강철은 직접 융착 용접할 수 없습니다.
티타늄 및 티타늄 합금에 사용되는 주요 용접 방법은 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접, 용융 전극 불활성 가스(MIG) 용접 및 플라즈마 용접입니다. 아크 용접.
브레이징 은 하중을 견디지 않는 밀폐된 구조물의 용접에 사용할 수 있습니다. 복합재에도 폭발 용접을 사용할 수 있습니다. 티타늄 용접 및 강철 복합 플레이트.
(1) 용접 와이어:
티타늄과 티타늄의 선택 합금 용접 와이어는 일반적으로 모재와 일치하는 것을 기본으로 하지만 용접 공정 평가의 자격을 통과해야 합니다.
용접 와이어를 선택할 때 와이어의 불순물 함량이 상한선 내에서만 제어되기 때문에 적합한 제품을 찾아야 하는 어려움이 있습니다. 대부분의 경우 하한에 대한 통제는 없습니다.
또한, 생산된 용접 와이어의 각 배치는 화학 성분만 보장할 뿐 용접 후 기계적 특성은 보장하지 않습니다. 일부 생산 배치의 용접 와이어는 불순물 함량이 비정상적으로 낮을 수 있어 적격 제품이 될 가능성이 있습니다.
그러나 용접 강도 가 낮아져 기본 재료의 어닐링 상태 기준보다 낮은 최소 인장 강도 요건을 충족하지 못할 수 있습니다.
이러한 경우, 용접 와이어를 최종적으로 선택하기 전에 동일한 브랜드의 다른 생산 배치 또는 더 높은 등급의 와이어(예: 산업용 순수)로 전환하여 자격을 갖출 때까지 새로운 공정 평가를 수행해야 합니다.
티타늄 및 티타늄 합금으로 만들어진 용기에 사용되는 용접 와이어 및 필러 와이어의 경우 화학 성분(용융 분석)은 표 4-29에서 확인할 수 있습니다.
완성된 용접 와이어 및 필러 와이어 샘플에 대한 화학 성분 재시험을 수행할 때 분석에 허용되는 편차는 표 4-30에서 확인할 수 있습니다. 권장 용접 유형 용기에 일반적으로 사용되는 티타늄 소재에 대한 와이어 및 필러 와이어는 표 4-31에서 확인할 수 있습니다.
표 4-29 티타늄의 화학적 조성(용융 분석) 및 티타늄 합금 컨테이너용 용접 와이어 및 필러 와이어.
| 와이어 모델 | 화학 성분(질량 분율, %) | ||||||||||
| 주요 구성 요소 | 불순물 요소 | 잔여 요소 | |||||||||
| Ti | Mo | Ni | Pd | Fe | O | C | N | H. | 싱글 | 총 합계 | |
| 에르타이엘리 | Rem. | – | – | – | ≤0.08 | 0.03~0.10 | ≤0.03 | ≤0.012 | ≤0.005 | ≤0.05 | ≤0.20 |
| ERTA2ELI | Rem. | – | – | – | ≤0.12 | 0.08~0.16 | ≤0.03 | ≤0.015 | ≤0.008 | ≤0.05 | ≤0.20 |
| ERTA3ELI | Rem. | – | – | – | ≤0.16 | 0.13~0.20 | ≤0.03 | ≤0.02 | ≤0.008 | ≤0.05 | ≤0.20 |
| ERTA4ELI | Rem. | – | – | – | ≤0.25 | 0.18~0.32 | ≤0.03 | ≤0.025 | ≤0.008 | ≤0.05 | ≤0.20 |
| ERTA9 | Rem. | – | – | 0.12-0.25 | ≤0.12 | 0.08~0.16 | ≤0.03 | ≤0.015 | ≤0.008 | ≤0.05 | ≤0.20 |
| ERTA10 | Rem. | 0.2-0.4 | 0.6-0.9 | – | ≤0.15 | 0.08~0.16 | ≤0.03 | ≤0.015 | ≤0.008 | ≤0.05 | ≤0.20 |
표 4-30: 완성된 티타늄 및 티타늄 합금 용접 와이어 및 필러 와이어의 화학 성분 분석 및 허용 편차
| 구성 요소 요소 | 화학 성분(질량 분율, %) | |||||||||||
| Mo | Ni | Pd | Fe | O | C | N | H | 개별 잔여 요소 | ||||
| ≤0.20 | ≤0.30 | ≤0.10 | 0.10~0.15 | ≤0.25 | ||||||||
| 허용되는 편차 | ±0.03 | ±0.03 | ±0.02 | +0.05 | +0.10 | +0.02 | ±0.02 | +0.03 | +0.01 | +0.01 | +0.002 | +0.02 |
표 4-31: 컨테이너에서 일반적으로 사용되는 티타늄 소재에 권장되는 와이어 및 필러 와이어 모델
| 티타늄 등급 | 와이어 및 필러 와이어 모델 |
| TAI | 에르타이엘리 |
| TA2 | ERTA2ELI |
| TA3 | ERTA3ELI |
| TA4 | ERTA4ELI |
| TA9 | ERTA9 |
| TA10 | ERTA10 |
(2) 차폐 가스:
아르곤 가스는 일반적으로 철 및 티타늄 합금 용접용 차폐 가스로 사용됩니다. 아르곤 가스의 순도(부피 분율)는 99.99% 이상이어야 합니다.
다른 가스 성분의 부피 비율은 산소 0.002% 미만, 질소 0.005% 미만, 수소 0.002% 미만, 수분 함량 0.001 mg/L 미만이어야 합니다. 가스통의 압력은 0.5MPa보다 낮아야 합니다.
사용 시 가스 호스, 용접 토치, 용접 마스크 등 차폐 가스 시스템의 공기를 깨끗한 가스로 교체해야 합니다. 헬륨 가스 또는 아르곤-헬륨 혼합 가스도 보호 가스로 사용할 수 있습니다.
(3) 텅스텐 전극:
일반적으로 사용되는 텅스텐 전극은 순수 텅스텐 전극과 세라믹 텅스텐 전극입니다. 세라믹 텅스텐 전극에는 불순물로 산화 세륨이 포함되어 있습니다(질량 분율이 0.1%를 초과하지 않음).
세라믹 텅스텐 전극은 낮은 전자 방출 작업 기능, 높은 화학적 안정성, 높은 허용 전류 밀도, 방사능 없음 및 순수 텅스텐 전극보다 우수한 성능을 가지고 있습니다. 현재 널리 사용되는 텅스텐 전극입니다.
(1) 용접 전 청소:
티타늄과 그 합금을 용접하기 전에 표면을 조심스럽게 세척하여 산화물, 질화물, 기름, 습기 등을 제거해야 합니다. 산 세척 또는 연마 휠이나 사포로 연마하는 것이 일반적으로 사용됩니다.
세로 용접, 용기의 모서리 용접, 열교환기의 튜브 및 플레이트 용접과 같이 피클이 어려운 부품의 경우 베벨의 측면을 연마 휠이나 사포로 연마하고 남은 모래와 먼지를 청소하는 데 주의해야 합니다.
용접 와이어, 헤드, 확장 조인트 및 연마가 쉽지 않은 기타 부품의 경우 용접 전에 산 세척을 실시한 후 깨끗한 물로 헹궈야 합니다.
절임이 불가능한 경우에는 경질 합금 스크레이퍼를 사용할 수 있습니다. 위의 세척 과정 후에는 용접 전에 아세톤이나 무수 알코올과 같은 용매로 용접 부위를 세척해야 하며, 재오염을 방지하기 위해 손으로 만지지 않아야 합니다. 재오염이 발생하면 다시 청소하고 세척해야 합니다.
(2) 기타 보호 장치의 제작 용접 영역:
티타늄 및 티타늄 합금을 용접 할 때 용접 건 노즐은 용융 풀을 보호하고 용접 마스크는 전면을 보호합니다. 용접 조인트 냉각하는 동안 백킹 플레이트가 용접된 조인트의 뒷면을 보호합니다.
티타늄 및 티타늄 합금 용접에 사용되는 용접 건은 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 용접에 사용되는 것과는 다르며 일반적으로 대구경 노즐을 사용합니다.
수동 용접의 경우 노즐 직경은 일반적으로 14~20mm이며, 자동 용접의 경우 16~22mm입니다. 용접 마스크는 용접부와 400°C 이상의 열 영향 구역을 보호할 수 있습니다.
용접 마스크의 모양과 크기는 공작물의 두께, 냉각 방법, 용접 전류 및 용접 모양 등의 요인에 따라 결정해야 합니다. 용접 마스크는 용접 영역에서 용접 건과 함께 움직여야 합니다.
구리 백킹 플레이트를 용접 뒷면에 사용하여 냉각을 가속화하고 공기를 차단할 수 있습니다. 구리 백킹 플레이트를 통해 보호 가스를 분사하거나 용접 후면에 용접 마스크를 적용하여 용접 공정과 함께 움직일 수도 있습니다.
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