لحام التيتانيوم إلى الفولاذ المقاوم للصدأ

في الصناعة الحديثة ، يوفر لحام التيتانيوم إلى الفولاذ المقاوم للصدأ مزايا الأداء والتكلفة. يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ القوة والاقتصاد ، بينما يساهم التيتانيوم في الوزن الخفيف ومقاومة التآكل. لا يؤدي مزيجها إلى إطالة عمر خدمة المعدات فحسب ، بل يقلل أيضا من التكاليف الإجمالية ، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الكيميائية والبحرية والفضائية والنووية

لماذا يصعب لحام التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ؟

على الرغم من أن الجمع بين التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ يوفر مزايا واضحة في الأداء والتكلفة ، إلا أن هناك العديد من التحديات في عملية اللحام.

فرق درجة الانصهار

يذوب التيتانيوم عند حوالي 1668 درجة مئوية ، بينما يبدأ الفولاذ المقاوم للصدأ في الذوبان عند 1400-1450 درجة مئوية. بمعنى آخر ، أثناء اللحام ، يدخل الفولاذ المقاوم للصدأ في الحالة المنصهرة أولا ، بينما يظل التيتانيوم صلبا. هذا التسخين غير المتكافئ يجعل من الصعب التحكم في حوض اللحام ، مما يؤدي إلى ارتفاع ضغط اللحام والميل إلى التشقق.

تشكيل مركبات هشة

في درجات الحرارة المرتفعة ، يتفاعل التيتانيوم مع الحديد والكروم والنيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ لتشكيل مركبات هشة بين المعادن مثل TiFe و TiFe₂. هذه المركبات صلبة للغاية ولكنها هشة للغاية ، وتحت الضغط قد تتشقق مثل الزجاج ، مما يقلل بشكل كبير من قوة المفصل وصلابته.

الحساسية للبيئة

يمتص التيتانيوم الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين بسهولة من الهواء في درجات حرارة عالية. بدون درع كاف ، قد يصاب اللحام بالمسامية أو يصبح هشا ، ويفقد صلابته. هذا هو السبب في أنه يجب إجراء لحام التيتانيوم تحت حماية صارمة من الأرجون أو الفراغ.

الاختلافات في التمدد الحراري والانكماش

يتمدد التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ ويتقلص بمعدلات مختلفة أثناء التدفئة والتبريد. تماما مثل مادتين يتم تبريدهما بسرعات مختلفة ، فإن عدم التطابق يخلق ضغوطا متبقية في منطقة اللحام ، مما يزيد من خطر التشقق.

طرق اللحام الشائعة للتيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ

لحام التيتانيوم بالفولاذ المقاوم للصدأ ليس مستحيلا ، لكن اللحام الانصهار التقليدي يفشل دائما. للحصول على مفصل موثوق به ، يجب عليك استخدام إجراءات مصممة لهذا الغرض وطبقات وسيطة (انتقالية).

الفراغ بالنحاس

يتم إجراء اللحام بالنحاس بالفراغ في فرن عالي الفراغ. يتم ضخ الغرفة إلى ضغط نهائي أفضل من 1.3×10⁻³ باسكال ، مما يؤدي إلى إزالة الهواء بشكل فعال حتى لا يتفاعل التيتانيوم مع الأكسجين أو النيتروجين أو بخار الماء في درجات حرارة مرتفعة. بدلا من إذابة التيتانيوم أو المعادن الأساسية غير القابل للصدأ بالكامل ، يتم صهر حشو مخصص (مثل سبائك اللحام بالنحاس Ti-Zr-Cu-Ni أو الحشوات القائمة على Ag-Cu) وينتشر عبر الواجهة للانضمام إلى المعادن غير المتشابهة.

لماذا الفراغ مهم

التيتانيوم "يمتص" الغازات عند درجة حرارة عالية. في حالة وجود الأكسجين أو الرطوبة ، تتشكل طبقة هشة ويمكن أن يتشقق المفصل أو يتشقق. يقلل الفراغ من هذه التفاعلات ويساعد في الحفاظ على القوة الأصلية وصلابة التيتانيوم.

مزايا

تسخين موحد دون تدهور البنية المجهرية للمعادن الأساسية ، والحد الأدنى من التشويه بعد التبريد ، والدرزات الملسة والنظيفة التي لا تتطلب في كثير من الأحيان معالجة لاحقة ، وقوة مفصل عالية مناسبة لمعظم الاحتياجات الهندسية. العملية مستقرة ويمكن التحكم فيها ، وهي مثالية لإنتاج دفعات متسقة.

القيود

نظرا لأن المعادن الأساسية لا تذوب تماما ، فإن قوة المفصل عادة ما تكون أقل من قوة المعدن الأم ، مما يجعل الوصلات الحقيقية متساوية القوة صعبة. أفران التفريغ باهظة الثمن ، لذا فإن التكاليف الإجمالية أعلى. الأفضل للأجزاء الصغيرة والجدران الرقيقة والتجميعات الدقيقة - وليس للألواح السميكة الكبيرة أو الهياكل المحملة بثقيل.

التطبيقات النموذجية

التجميعات الفرعية الصغيرة للمبادل الحراري ، وأجزاء المعدات الكيميائية ، والأجهزة الطبية الدقيقة ، وأجهزة المختبرات حيث تكون الدقة ومقاومة التآكل أمرا بالغ الأهمية.

اللحام بالنحاس TIG

يستخدم اللحام بالنحاس TIG قوس التنغستن بالغاز كمصدر للحرارة لإذابة الحشو فقط. تظل المعادن الأساسية صلبة. يبلل الحشو وينتشر عند واجهة التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ لإنشاء رابطة صوتية. تتم العملية تحت تدريع الأرجون عالي النقاء لمنع أكسدة أو نيترة التيتانيوم الساخن.

مزايا

مدخلات حرارة منخفضة ، تشويه منخفض ، مظهر سلس ، وسلامة معدنية أساسية ممتازة. المعدات متاحة على نطاق واسع - يمكن تكييف آلات TIG القياسية - والطريقة قابلة للأتمتة للإنتاج الصغير والمتوسط.

القيود

تعتمد قوة المفصل بشكل كبير على اختيار الحشو والتحكم الصارم في العملية ؛ يمكن أن يكون الاستقرار تحت الأحمال العالية محدودا. يتطلب الأرجون النقي للغاية وتغطية التدريع الصارمة - أي هفوة تخاطر بالمسامية أو التقصف - لذلك يجب أن تكون مهارة المشغل عالية.

التطبيقات النموذجية

معالجة الأنابيب, السفن ذات الجدران الرقيقة, الهياكل الصغيرة, والعمل الميداني أو الإصلاحات - خاصة عندما يكون مظهر التماس واستقرار الأبعاد مهمة.

لحام بالليزر / شعاع الإلكترون

يستخدم اللحام بالليزر والشعاع الإلكتروني (EB) حزما عالية كثافة الطاقة لإذابة الواجهة وترسيخها بسرعة. مدخلات الحرارة موضعية للغاية ووقت السكون قصير ، وبالتالي فإن المنطقة المتأثرة بالحرارة ضئيلة. لتجنب تكوين معادن هشة من Ti-Fe ، عادة ما يتم إدخال طبقة انتقالية (مثل النحاس أو التنتالوم أو النيكل) بين التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ.

مزايا

تنتج الطاقة المركزة والتبريد السريع لحامات ضيقة ودقيقة مع الحد الأدنى من تشويه الأجزاء - ممتازة للجدران الرقيقة والمفاصل الدقيقة. اللحامات بالليزر سهلة التشغيل الآلي. يمكن أن تحقق لحامات EB في الفراغ اختراقا أكبر.

القيود

مطلوب نوافذ عملية ضيقة وتجهيز صارم ؛ بدون طبقة انتقالية ، تتشكل المركبات الهشة بسهولة. يؤدي التدريع غير الكافي في اللحام بالليزر إلى الأكسدة. يجب أن يتم لحام EB في فراغ ويتطلب معدات باهظة الثمن.

التطبيقات النموذجية

الأجزاء الدقيقة للفضاء ، وصلات المبادلات الحرارية المتطورة ، المكونات الإلكترونية ، وصلات البحث المتخصصة حيث يتم التحكم بإحكام في حجم اللحام ، والملف الشخصي ، والبنية المجهرية.

الترابط المنتشر

ربط الانتشار هو عملية الحالة الصلبة التي يتم إجراؤها تحت درجة حرارة عالية وضغط وفراغ لفترة انتظار طويلة ، مما يسمح للذرات بالانتشار وتشكيل رابطة معدنية دون ذوبان بالجملة. غالبا ما تستخدم الطبقات البينية الانتقالية مثل رقائق النيكل أو مركبات Cu-V أو الطبقات القائمة على الفضة لقمع مراحل Ti-Fe الهشة.

مزايا

وصلات كثيفة وموحدة ذات خصائص مستقرة ودقة أبعاد ممتازة. مع الطبقات البينية المناسبة ، يتم قمع المراحل الهشة بشكل فعال ، مما يحسن المتانة وسعة التحميل. مثالي للأجزاء الصغيرة التي تتطلب دقة عالية.

القيود

يتطلب معدات فراغ باهظة الثمن وأوقات دورات طويلة ؛ المعلمات حساسة. غير مناسب للألواح الكبيرة والسميكة أو التجميعات الكبيرة ؛ الأكثر شيوعا في البحث والتطوير والتصنيع المتطور.

التطبيقات النموذجية

الأجهزة الفضائية والنووية والدقيقة - صفائح الأنابيب ، والحلقات الانتقالية ، والأقواس الصغيرة ، والمفاصل المعدنية التجريبية غير المتشابهة حيث تكون البنية المجهرية البينية أمرا بالغ الأهمية.

لحام الاحتكاك

اللحام الاحتكاكي هو طريقة الحالة الصلبة حيث يدور جزء بسرعة ضد الآخر ، مما يولد الحرارة عن طريق الاحتكاك حتى تنعم الواجهة ؛ الضغط المحوري ثم يشكل المفصل. نظرا لأن المعادن الأساسية لا تذوب ، فإن البنية المجهرية السطحية مستقرة. يستخدم على نطاق واسع في وصلات التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ من شريط إلى شريط ومن أنبوب إلى أنبوب في المعدات الكهروكيميائية والفضاء والطاقة.

مزايا

سريع وفعال ولا يلزم وجود غاز تدريع. كعملية حالة صلبة ، فإنها تقلل من التكوين الهش بين المعادن. يمكن أن تحقق المفاصل قوة جيدة وعمر إجهاد مع القليل من نفايات المواد.

القيود

الهندسة مقيدة - الأفضل للقضبان والأنابيب المتماثلة المحورية ، وليس طبقات معقدة أو ذات مساحة كبيرة. قد تكون ليونة الانحناء وصلابة التأثير أقل. غالبا ما تكون هناك حاجة إلى تصنيع ما بعد اللحام لاستعادة الأبعاد.

التطبيقات النموذجية

قضبان حاملة للتيار في أنظمة الإلكتروليت، وأعمدة وقضبان فضائية، ومفاصل أنبوب إلى أنبوب في معدات الطاقة - مناسبة تماما للأجزاء المتماثلة المحورية ذات الحجم الكبير.

لحام متفجر

اللحام المتفجر هو عملية تكسية الحالة الصلبة التي تستخدم تفجيرا خاضعا للرقابة لتسريع صفيحة إلى أخرى ، مما ينتج عنه واجهة معدنية متموجة بين التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ. قوة الرابطة عالية والموثوقية ممتازة. هذه الطريقة قياسية لإنتاج الألواح المكسوة بمساحة كبيرة والوصلات الانتقالية المستخدمة في معدات الضغط والمبادلات الحرارية.

مزايا

قادرة على الكسوة ذات الألواح السميكة ذات المساحة الكبيرة ؛ تقترب قوة المفصل من قوة المعادن الأم. النضج الصناعي مرتفع ، مما يجعله الحل السائد للمفاصل الانتقالية من التيتانيوم والصلب في أوعية الضغط والمبادلات الحرارية.

القيود

قد تتشكل بعض المعادن الهشة عند الواجهة ، مما قد يحد من ليونة وأداء درجات الحرارة العالية. تتطلب العملية مواقع مخصصة وتدابير سلامة. عادة ما يتم تصنيع الألواح المكسوة من قبل موردين متخصصين ثم يتم تصنيعها في اتجاه مجرى النهر.

التطبيقات النموذجية

صفيحة مكسوة بالتيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ ، وألواح أنابيب المبادل الحراري ، والأغلفة غير القابل للصدأ المبطنة بالتيتانيوم ، والمفاصل الانتقالية بين التيتانيوم والصلب - وهي طريق راسخ واسع النطاق لنشر التيتانيوم في المعالجة الكيميائية والهندسة البحرية ومعدات الطاقة.

طبقات الانتقال واختيار الحشو للحام بالتيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ

أهمية الطبقات الانتقالية ومعادن الحشو

في لحام التيتانيوم إلى الفولاذ المقاوم للصدأ ، غالبا ما يحدد اختيار الطبقة الانتقالية أو معدن الحشو ما إذا كان المفصل سيكون موثوقا به حقا. إذا كان التيتانيوم على اتصال مباشر واندمج مع الحديد ، فإن كميات كبيرة من المركبات الهشة بين المعادن Ti-Fe (مثل TiFe و TiFe₂) تتشكل حتما. على الرغم من أن هذه المركبات صلبة ، إلا أنها تنكسر بسهولة ويمكن أن تسبب فشل اللحام تحت الضغط.

لتجنب ذلك ، يقدم المهندسون مواد وسيطة مناسبة بين المعدنين. من ناحية ، فإنها تمنع رد الفعل المباشر بين التيتانيوم والحديد. من ناحية أخرى ، من خلال ذوبانها وانتشارها ، فإنها تساعد في إنشاء رابطة معدنية مستقرة.

الطبقات الانتقالية الشائعة وأنواع الحشو

كيفية اختيار الحشو المناسب أو الطبقة الانتقالية

•  للحصول على قوة عالية واستقرار طويل الأمد ، فإن الحشوات القائمة على النيكل أو السبائك متعددة العناصر مناسبة.
•  للحصول على دقة عالية والحد الأدنى من التشوه ، يوصى باستخدام الحشوات الفضية.
• بالنسبة للتطبيقات واسعة النطاق والحساسة من حيث التكلفة، تكون طبقات الانتقال القائمة على النحاس مناسبة.
•  بالنسبة للبيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة للغاية أو شديدة التآكل ، يفضل التنتالوم أو الفاناديوم.

سيناريوهات تطبيق لحام التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ

يوفر الجمع بين التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ مزايا تكميلية: الفولاذ المقاوم للصدأ اقتصادي وقابل للحام ، بينما التيتانيوم خفيف الوزن ومقاوم للتآكل. ينتج اللحام المناسب هياكل ذات أداء عال وتكلفة منخفضة.

الصناعة الكيميائية

التطبيقات: المبادلات الحرارية ، بطانات المفاعلات ، خطوط الأنابيب المقاومة للتآكل

دور: تعزيز مقاومة التآكل ، وإطالة عمر الخدمة ، وتقليل وتيرة الصيانة

اتصل بنا الآن

الهندسة البحرية

التطبيقات: خطوط أنابيب السفن ، وأغطية المضخات ، ووحدات تحلية مياه البحر ، ومعدات أعماق البحار

دور: مقاومة تآكل الكلوريد ، وضمان الاستقرار على المدى الطويل في البيئات عالية الملوحة

اتصل بنا الآن

الفضاء

التطبيقات: أنظمة الوقود ، الأجزاء الهيكلية خفيفة الوزن ، المكونات ذات درجات الحرارة العالية

دور: تقليل الوزن وتحسين مقاومة التآكل والتحكم في التكاليف

اتصل بنا الآن

الطاقة النووية والطاقة

التطبيقات: صفائح أنبوب المكثف ، المبادلات الحرارية ، خطوط الأنابيب الحرجة

دور: تحمل درجات الحرارة والضغط المرتفعين ، ومنع فشل التآكل ، وتعزيز السلامة والموثوقية

اتصل بنا الآن

التكلفة والاقتصاد

لحام التيتانيوم بالفولاذ المقاوم للصدأ ليس عملية منخفضة التكلفة. يتطلب اللحام بالنحاس بالفراغ أفران تفريغ باهظة الثمن ، ويحتاج اللحام المتفجر إلى مرافق خاصة وتدابير أمان ، ويعتمد اللحام بالليزر أو الشعاع الإلكتروني على المعدات المتطورة والمشغلين المهرة. ومع ذلك ، من منظور دورة الحياة الكاملة ، لا يزال هذا النوع من اللحام يقدم قيمة اقتصادية كبيرة.

من ناحية أخرى ، يمكن للهياكل المركبة أن تقلل بشكل كبير من كمية التيتانيوم النقي المطلوبة - مع الحفاظ على القوة ومقاومة التآكل - مما يقلل من تكاليف المواد الخام بنسبة 40-60٪. من ناحية أخرى ، فإن عمر الخدمة الأطول المقاوم للتآكل يعني صيانة أو استبدال أقل ، مما يقلل بشكل كبير من نفقات التشغيل طويلة الأجل.

لذلك ، بالنسبة للصناعات مثل الكيماويات والبحرية والطاقة ، على الرغم من أن الاستثمار الأولي مرتفع نسبيا ، إلا أن التوفير في عمر الخدمة وتكرار الصيانة ووقت التوقف غالبا ما يعوض أو حتى يتجاوز التكاليف الأولية.

مواد مكسوة بالتيتانيوم تقدمها Chalco Titanium

بصفتها موردا رائدا للحلول المصنوعة من التيتانيوم والمعادن المكسوة ، لا توفر Chalco Titanium ألواح وقضبان وأنابيب التيتانيوم التقليدية فحسب ، بل توفر أيضا مجموعة واسعة من المواد المكسوة بالتيتانيوم من خلال عمليات متقدمة مثل اللحام المتفجر ، والترابط بالانتشار ، والنحاس بالنحاس بالفراغ.

• 

  فولاذ مكسو بالتيتانيوميجمع بين مقاومة التيتانيوم للتآكل وقوة الفولاذ والتكلفة المنخفضة. تستخدم في أوعية الضغط والمبادلات الحرارية وبطانات المفاعل. عادة ما يتم تصنيعها عن طريق اللحام المتفجر أو اللحام بالنحاس بالفراغ في ألواح كبيرة مكسوة.

• 

  النحاس المغطى بالتيتانيوميدمج الموصلية العالية للنحاس مع مقاومة التيتانيوم للتآكل. تطبق في الأقطاب الكهربائية وقضبان التوصيل للتحليل الكهربائي والطلاء الكهربائي وصناعات الكلور القلويات. عادة ما يتم إنتاجه عن طريق اللحام المتفجر أو الترابط المنتشر في قضبان أو ألواح مكسوة.

• 

  الألومنيوم المغطى بالتيتانيوميجمع بين مقاومة التيتانيوم للتآكل والوزن الخفيف للألمنيوم والتوصيل الحراري. تستخدم في المبادلات الحرارية الكيميائية وتحلية مياه البحر ومكونات الفضاء. مصنوعة عن طريق اللحام المتفجر أو الترابط باللفة ، متبوعا باللحام بالنحاس أو اللحام بالغاز الخامل.

• 

  التيتانيوم النيكل المكسويدمج مقاومة النيكل لدرجات الحرارة العالية والتآكل مع الوزن الخفيف للتيتانيوم. تطبق في المبخرات والمبادلات الحرارية ومعدات معالجة المحلول الملحي. عادة ما يتم تصنيعها عن طريق الربط المنتشر أو اللحام بالنحاس الفراغي في صفائح أو مكونات الأنبوب.

إذا كان لديك أي متطلبات للمواد المكسوة بالتيتانيوم ، فلا تتردد في الاتصال ب Chalco Titanium. سوف نقدم لك المشورة المهنية في اختيار المواد وحلول اللحام.

اقتباس سريع