Soudure titane

Introduction au soudage au titane

Les alliages de titane sont largement utilisés dans l’aérospatiale, les dispositifs médicaux, les systèmes d’échappement automobiles, les équipements chimiques et d’autres domaines en raison de leur excellent rapport résistance/poids, de leur excellente résistance à la corrosion et de leur bonne biocompatibilité. Le soudage au titane, en tant que technologie de base du processus de fabrication des alliages de titane, affecte directement l’intégrité structurelle et les performances du produit. Le titane étant extrêmement sensible à l’oxygène et à l’azote, le processus de soudage doit être effectué sous la protection d’un gaz inerte de haute pureté pour garantir la qualité de la soudure et les propriétés du matériau.

Choisir la bonne méthode et le bon équipement de soudage est la clé pour obtenir un soudage au titane efficace et précis. Qu’il s’agisse de soudage manuel ou de production automatisée, la technologie de soudage au titane exige que l’opérateur dispose de connaissances professionnelles et d’une riche expérience, et qu’il soit équipé d’équipements de soudage avancés et d’outils auxiliaires.

Difficultés à souder les alliages de titane

Les alliages de titane sont largement utilisés dans les domaines de l’aérospatiale, de la chimie, de la médecine et de la fabrication haut de gamme en raison de leur excellent rapport résistance/poids, de leur résistance à la corrosion et de leurs performances à haute température. Cependant, le processus de soudage des alliages de titane est confronté à de nombreux défis techniques, notamment dans le contrôle de la qualité du soudage et des performances structurelles. Voici les difficultés les plus courantes dans le soudage des alliages de titane :

Oxydation à haute température et pollution par les gaz

Le titane réagit facilement avec l’oxygène, l’azote, l’hydrogène et d’autres gaz à haute température pour former une couche cassante, ce qui rend la soudure cassante, décolorée ou même défaillante. Si le gaz de protection est impur ou si la zone de soudure est exposée à l’air pendant le soudage, une décoloration bleue, violette, grise ou même blanche se produit souvent - c’est un signe typique d’oxydation de la soudure. Par conséquent, le contrôle de la pureté et de la couverture de l’atmosphère de protection est l’une des étapes clés pour garantir la qualité de la soudure.

Fissurations thermiques et déformations des joints

L’alliage de titane a un faible coefficient de dilatation linéaire et une faible conductivité thermique. Pendant le soudage, la chaleur est concentrée et la vitesse de refroidissement est rapide, ce qui peut facilement provoquer des contraintes thermiques et des fissures dans la soudure et la zone affectée par la chaleur. En particulier dans le soudage de plaques et de tuyaux à paroi mince, une déformation par soudage est très susceptible de se produire en raison d’une surchauffe locale ou d’un refroidissement inégal.

Modifications de la structure métallographique de la soudure

Les cycles thermiques de soudage peuvent facilement conduire au grossissement de la zone de soudure de l’alliage de titane, en particulier des alliages de titane α+β (tels que Ti-6Al-4V), qui produiront des phases dures et cassantes en raison de la transformation de la structure post-soudage, réduisant la ténacité et les performances de fatigue de la structure. Pour les récipients sous pression ou les composants aéronautiques qui doivent servir pendant une longue période, le contrôle métallographique de la soudure est particulièrement critique.

Barrières de soudage métalliques dissemblables

Le soudage direct entre le titane et d’autres métaux tels que l’acier, l’acier inoxydable et l’aluminium est susceptible de générer une couche de composé intermétallique cassante, ce qui entraîne une détérioration des propriétés mécaniques du joint. De telles connexions métalliques dissemblables nécessitent généralement l’introduction de matériaux de transition intermédiaires ou l’utilisation de techniques de soudage spéciales telles que le soudage par explosif, le soudage au laser et le soudage par diffusion pour obtenir un collage fiable.

Exigences de préparation et de nettoyage avant le soudage

Dans le processus de soudage des alliages de titane, la qualité de la préparation préliminaire détermine directement le succès ou l’échec du soudage. Même si un équipement de soudage avancé et des paramètres de processus raisonnables sont utilisés, si le prétraitement n’est pas en place, il causera toujours des défauts tels que la contamination des soudures, les pores et même les inclusions de laitier, affectant les performances structurelles globales. Voici le processus de préparation qui doit être strictement suivi avant le soudage :

Nettoyage de la zone de soudure

Les alliages de titane sont extrêmement sensibles à la pollution. Avant le soudage, l’huile, l’humidité, le tartre d’oxyde et d’autres impuretés dans la zone de soudage et au moins 25 mm autour de celle-ci doivent être éliminés :

Nettoyage mécanique

Une brosse métallique en acier inoxydable, une toile d’émeri ou un outil de tour sans huile peuvent être utilisés pour le meulage afin de s’assurer qu’il n’y a pas de film d’oxyde visible sur la surface.

Nettoyage chimique

Un agent de nettoyage sans chlore ou de l’éthanol anhydre est souvent utilisé pour essuyer la zone de soudage et la garder au sec.

Exigences en matière de gants et d’outils

Les opérateurs doivent porter des gants en nitrile non poudrés, et tous les outils et accessoires en contact avec le titane doivent être propres et exempts de graisse pour éviter toute contamination.

Préparation du fil de soudage et du matériau d’apport

Le fil ou l’électrode de soudage utilisé doit correspondre au matériau de base et garantir qu’il est propre, sec et exempt d’huile. Il est généralement recommandé d’utiliser un fil de soudage spécial en titane (tel que ER Ti-2, ER Ti-5) et de l’essuyer avec de l’éthanol anhydre avant utilisation.

Inspection du système de protection contre les gaz

Lorsque vous utilisez de l’argon ou de l’hélium comme gaz de protection, assurez-vous que la pureté du gaz est de ≥99,99 % et évitez d’utiliser du gaz recyclé ou du gaz industriel de faible pureté. Le gaz de protection doit être ventilé pendant 20 à 30 secondes avant le soudage pour évacuer l’air résiduel dans le système et vérifier qu’il n’y a pas de fuite dans la canalisation d’alimentation en gaz.

Pré-installation et processus de fixation ponctuelle

Pour les grandes structures en titane ou les pièces en titane à paroi mince, le soudage par points ou le positionnement des fixations doivent être utilisés avant le soudage pour garantir la précision de l’assemblage et éviter les fluctuations de la qualité de la soudure dues à des espaces d’assemblage ou à un désalignement.

Méthodes courantes de soudage des alliages de titane

Le choix de la méthode de soudage en alliage de titane dépend de facteurs tels que la taille de la pièce, les exigences de qualité de la soudure, l’efficacité de la production et l’environnement. Voici plusieurs solutions technologiques de soudage qui sont largement utilisées et dont la fiabilité a été prouvée dans l’industrie :

Soudage TIG (soudage sous gaz inerte au tungstène)

Le soudage TIG est la méthode de soudage la plus couramment utilisée pour les alliages de titane, en particulier pour les plaques minces, les tuyaux et les endroits avec des exigences élevées en matière de soudures. Cette méthode est réalisée sous la protection d’un gaz argon de haute pureté, avec une qualité de soudure stable et une faible déformation, et est particulièrement adaptée aux tâches de soudage de précision telles que les tuyaux d’échappement en titane, les composants aérospatiaux et les implants médicaux.

À l’aide d’équipements spéciaux tels que le titane TIG 200 et le système de commande à pédale TIG, l’intensité du courant et la forme du bassin de fusion peuvent être ajustées avec précision pour améliorer la contrôlabilité et la cohérence du formage.

Soudage au laser

Le soudage au laser est connu pour sa densité d’énergie élevée et sa zone affectée par la chaleur extrêmement petite, et convient au soudage de micro-appareils et de pièces structurelles avec des exigences de déformation strictes. Ses caractéristiques sans contact, à haute vitesse et précises le rendent adapté aux lignes de production automatisées, telles que la microélectronique, les équipements médicaux et d’autres domaines.

La technologie laser peut également être appliquée à des scénarios de soudage de métaux différents, tels que l’assemblage précis du titane avec de l’acier inoxydable ou de l’aluminium. La croissance de la couche réactionnelle d’interface peut être contrôlée efficacement en optimisant les paramètres.

Soudage MIG (soudage sous gaz inerte métallique)

Le soudage MIG convient à l’assemblage de grandes surfaces de pièces structurelles en titane à paroi épaisse et a une efficacité de dépôt élevée, mais il a des exigences extrêmement élevées pour le champ d’écoulement de gaz de protection et le contrôle du processus.

Si le processus est stable et que la protection contre les gaz est bonne, le soudage MIG peut également être utilisé comme l’un des moyens auxiliaires pour la production en série d’alliages de titane.

Soudage par faisceau d’électrons sous vide

Il convient pour connecter des pièces en alliage de titane avec des exigences de haute précision et de haute densité, telles que des composants de moteur d’avion, des équipements aérospatiaux, etc.

Le soudage par faisceau d’électrons sous vide est réalisé dans un environnement sous vide, évitant les interférences des impuretés dans l’air. Les défauts internes de la soudure sont extrêmement faibles, mais le coût est élevé et les exigences en matière d’équipement sont élevées. Il est souvent utilisé dans les domaines manufacturiers haut de gamme.

Solutions de soudage différentes pour les alliages de titane et les métaux courants

Le soudage dissemblable d’alliages de titane et d’autres métaux (tels que l’acier inoxydable, l’aluminium, l’acier au carbone, etc.) est confronté à d’importants défis métallurgiques. Étant donné que le titane forme facilement des composés intermétalliques cassants avec d’autres éléments métalliques (tels que le Fe et l’Al) à haute température, le soudage par fusion directe entraîne généralement une faible résistance des joints et une forte tendance à la fissuration. La résolution de ce problème nécessite l’utilisation combinée de plusieurs procédés de soudage avancés et de méthodes de conception structurelle.

Soudage de la couche de transition intermédiaire

En ajoutant des métaux de transition tels que le molybdène, le nickel et le cuivre en tant que couche intermédiaire, la réaction directe entre le titane et d’autres métaux est efficacement isolée pour éviter la formation de composés cassants. Cette technologie convient à des combinaisons telles que le titane-acier et le titane-acier inoxydable, et est souvent utilisée dans la fabrication de récipients sous pression et d’échangeurs de chaleur.

Soudage à l’explosif (compoundage d’explosifs)

La haute pression instantanée générée par l’onde d’explosion est utilisée pour favoriser le contact de l’interface métallique, formant une liaison métallurgique à l’état non fondant. Il est largement utilisé dans la fabrication de matériaux structurels composites tels que les plaques composites en titane-acier.

Soudage par diffusion

La liaison par diffusion atomique est réalisée par une pression à long terme dans un environnement sous vide à haute température. Il convient aux occasions avec des exigences extrêmement élevées en matière d’intégrité structurelle et de densité de soudure, telles que les capsules spatiales, les composants d’échange de chaleur, etc.

Soudage assisté par laser

La haute précision et les caractéristiques de faible apport de chaleur du soudage au laser le rendent avantageux pour le soudage de métaux dissemblables tels que le titane et l’acier inoxydable, le titane et l’aluminium, etc. En contrôlant la focalisation et les paramètres du laser, l’épaisseur de la couche réactionnelle peut être contrôlée avec précision.

Brasage et soudage à froid

Convient pour connecter de petits appareils de précision, tels que des composants électroniques, des cathéters médicaux, etc. Le brasage combine généralement une feuille métallique mince ou de la poudre pour réaliser une connexion à température moyenne ; Le soudage à froid convient aux interfaces de contact flexibles.

Du titane à l’acier inoxydable

Couramment utilisé pour les équipements chimiques et médicaux, adapté au soudage de couche intermédiaire, au laser ou par diffusion.

Du titane à l’aluminium

Idéal pour les structures légères et les échangeurs de chaleur ; Soudage par explosion, brasage ou soudage à froid recommandés.

Du titane à l’acier

Couramment utilisé dans les panneaux et supports composites, reliés par la technologie composite explosive ou la technologie des couches intermédiaires.

Contrôle de la qualité et précautions dans le soudage des alliages de titane

Le contrôle de la qualité est essentiel lors du soudage d’un alliage de titane. Étant donné que le titane est très sensible aux gaz tels que l’oxygène et l’azote, toute légère erreur de fonctionnement peut entraîner la fragilisation de la soudure, la décoloration ou une réduction de la résistance. Voici les points de contrôle clés pour garantir la qualité du soudage :

Nettoyage et préparation du soudage

La surface en titane doit être complètement exempte d’huile, de couche d’oxyde et de résidus d’empreintes digitales. Il est recommandé d’utiliser un produit de nettoyage sans chlore et un meulage mécanique, puis d’essuyer avec un chiffon sans poussière. Le fil de soudage et la surface de la pièce doivent être maintenus propres pour éviter l’introduction de contaminants dans la soudure.

Astuce : La pollution est le principal facteur à l’origine des défauts de soudage. Avant le soudage, l’opération doit être effectuée dans un espace propre et fermé autant que possible.

Couvercle de protection contre les gaz

Utilisez de l’argon de haute pureté (pureté ≥ 99,999 %) comme gaz de protection et assurez-vous que la zone de soudure est toujours recouverte d’argon avant le refroidissement, y compris l’arrière de la soudure (protection arrière). Lors du soudage TIG, un diffuseur de gaz spécifique au titane ou un système de traînée arrière de la torche doit être utilisé pour éviter la décoloration et l’oxydation de la soudure.

Sélection du matériau d’apport de soudage

Le soudage des alliages de titane doit utiliser des métaux d’apport qui correspondent ou sont compatibles avec le matériau parent. Les fils d’apport courants comprennent ERTi-2, ERTi-5, ERTi-23, etc. Lors de la sélection, le type de matériau de base, les exigences structurelles et l’environnement d’utilisation doivent être pris en compte de manière exhaustive afin d’éviter les défaillances causées par un décalage de résistance ou une concentration des contraintes.

Cohérence opérationnelle et stabilité du processus

Assurer la stabilité du courant, de la tension et de la vitesse de soudage, et effectuer des ajustements précis à l’aide de pédales (telles que les pédales TIG) peut améliorer efficacement la cohérence du soudage. Les systèmes automatisés ou mécanisés peuvent également fournir une qualité de soudage plus stable dans la production de masse.

Couleur de soudage et jugement de soudure

La couleur de la soudure est un indicateur d’apparence important pour juger de la qualité du soudage en alliage de titane. Le blanc argenté au jaune doré indique généralement un gaz de protection suffisant et un bon contrôle du processus de soudage, tandis que le violet bleuâtre, le gris ou les couleurs foncées peuvent indiquer une oxydation excessive ou une défaillance de la protection. Ce changement de couleur indique si le processus de soudage est contaminé par l’oxygène, l’azote et d’autres éléments présents dans l’air.

Le titane étant extrêmement sensible à l’atmosphère à haute température, la couleur de la soudure devient l’un des principaux critères pour juger rapidement si la soudure est qualifiée sur site. Bien que la couleur de la soudure ne puisse pas refléter entièrement la résistance du soudage ou les défauts internes, en fonctionnement réel, c’est le premier point de contrôle pour garantir l’efficacité de la protection contre le soudage.

Normes de référence : AWS D17.1 et AMS 2801 ont des grades clairs pour les couleurs de soudure au titane et peuvent être utilisés comme référence pour la qualité de la production.

Affichage de l’équipement de soudage de l’alliage de titane et des capacités de processus

Nous sommes équipés d’un système complet de processus de soudage en alliage de titane et d’un équipement de pointe, couvrant une variété de méthodes de soudage courantes, y compris le soudage TIG, le soudage laser, le soudage par diffusion, etc., qui peuvent répondre à divers besoins allant des échantillons uniques à la production de masse.

Équipement et configuration de soudage TIG du titane

Nous utilisons des systèmes de soudage TIG optimisés pour les matériaux en titane. L’équipement représentatif comprend le Titanium TIG 200 et d’autres modèles de contrôle d’impulsions à haute fréquence, avec les caractéristiques suivantes :

• Performance de démarrage d’arc stable à faible courant, adaptée au soudage de précision
• Régulation dynamique du courant avec pédale TIG
• Équipé d’un système de refroidissement par eau efficace et d’une protection contre le remorquage des gaz inertes pour éviter l’oxydation dans la zone affectée par la chaleur

Système de soudage laser

La station de soudage laser prend en charge le soudage à haute densité d’énergie et convient au soudage de composants en micro-titane ou de pièces composites métalliques dissemblables :

• Équipé d’une plate-forme servo de haute précision et d’un système de focalisation du faisceau
• Obtention d’une faible déformation et d’un fonctionnement automatisé à haute cohérence
• Particulièrement adapté au soudage laser d’interfaces en titane et en acier inoxydable

Soudage spécial et procédés auxiliaires

Nous disposons également des capacités spéciales suivantes en matière de technologie de soudage et de connexion

Soudage par diffusion et soudage par explosion

Pour les panneaux composites ou les structures métalliques dissemblables

Soudage de protection d’environnement sous vide

Convient pour le contrôle de la qualité du soudage des composants clés

Petits procédés de brasage et de soudage à froid

Convient pour les composants de précision et la fabrication d’échantillons

Tous les équipements sont équipés d’un système de surveillance du processus et peuvent fournir l’enregistrement des paramètres de soudage, la certification par un tiers et des capacités de traçabilité du processus pour garantir que le processus de soudage est contrôlable et que les résultats sont fiables.

Avantages de la personnalisation du soudage Chalcotitanium

En tant que fournisseur professionnel de matériaux en alliage de titane, Chalcotitanium fournit non seulement des produits en titane de différentes qualités et spécifications, mais dispose également des capacités de service de soutien pour soutenir les clients dans le traitement du soudage et la fabrication de produits finis. De la sélection des matériaux, de l’analyse de l’aptitude au soudage à l’appariement coopératif des ressources de traitement, nous nous engageons à aider nos clients à réaliser des applications de soudage d’alliages de titane efficaces et de haute qualité.

Choix du matériau en titane et suggestions d’adaptation au soudage

• Fournir des matières premières en alliage de titane adaptées à différentes méthodes de soudage telles que TIG, laser, soudage par diffusion, soudage par explosion, etc.
• Recommander des types de matériaux en titane, des états et des méthodes de traitement de surface appropriés en fonction de la structure du produit du client et des exigences du processus de soudage
• Nous pouvons fournir du fil de titane, des tiges de titane et d’autres matériaux de support pour le soudage afin d’assurer la cohérence des matériaux et la compatibilité des soudures

Assistance à la transformation des produits finis et intégration des ressources techniques

• Prise en charge de l’épreuvage d’échantillons en petits lots, du développement de pièces de soudage personnalisées et d’autres modèles de coopération de projet
• Fournir des suggestions d’adaptation du processus de soudage en fonction de l’industrie d’application (chimique, médicale, aéronautique, etc.)

Conseil technique et accompagnement de projet sur le long terme

Nous fournissons des services de conseil technique liés au soudage d’alliages de titane, couvrant des problèmes courants tels que le contrôle des fissures de soudage, la réponse à la déformation thermique et l’amélioration de la qualité des soudures. Dans le même temps, pour des projets de grand volume ou de haut niveau, nous pouvons coopérer avec les clients pour effectuer des préparations préliminaires telles que l’adaptation aux normes de matériaux et la vérification des performances de soudage, et soutenir le développement personnalisé de solutions spéciales en titane pour des processus spéciaux (tels que le soudage par explosivité, le brasage, etc.). Veuillez nous contacter pour obtenir des conseils professionnels et une assistance matérielle afin de vous aider à faire progresser efficacement votre projet de soudage d’alliages de titane.