คู่มือฉบับสมบูรณ์ของการเชื่อมท่อไทเทเนียม

ไทเทเนียมและโลหะผสมมีความสําคัญในด้านการบินและอวกาศ เคมี ทางทะเล และการแพทย์ แต่กระบวนการเชื่อมยังคงมีความท้าทายสูง คู่มือนี้จะสํารวจความท้าทายที่สําคัญของการเชื่อมท่อไทเทเนียม และให้ขั้นตอนการทํางานที่สมบูรณ์ตั้งแต่การเตรียมการไปจนถึงการตรวจสอบ เพื่อช่วยให้คุณได้ผลลัพธ์ที่ไร้ที่ติ

ความท้าทายในการเชื่อมท่อไทเทเนียม

• ข้อบกพร่องด้านความพรุน: ไฮโดรเจนมีความสามารถในการละลายในไททาเนียมต่ํามากที่อุณหภูมิต่ํา ในระหว่างการระบายความร้อน มันจะตกตะกอนเป็นไททาเนียมไฮไดรด์และขยายตัว ก่อตัวเป็นรูพรุนในรอยเชื่อมที่ช่วยลดความแข็งแรงของความล้าได้อย่างมาก
• การแตกร้าวเย็นล่าช้า: รอยแตกอาจปรากฏขึ้นหลายชั่วโมงหรือนานกว่านั้นหลังจากการเชื่อม ซึ่งมักจะอยู่ในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ซึ่งเกิดจากการแพร่กระจายของไฮโดรเจน การตกตะกอนของ TiH₂ และความเค้นตกค้าง
• การเกิดออกซิเดชันและการเปลี่ยนสีที่อุณหภูมิสูง: ที่อุณหภูมิการเชื่อมสูงกว่า 500-700 °C ไทเทเนียมจะดูดซับออกซิเจนและไนโตรเจนได้ง่าย ซึ่งนําไปสู่การเปลี่ยนสีของรอยเชื่อม (เงิน ทอง น้ําเงิน เทา) และลดความเหนียวและความเหนียว
• อินพุตความร้อนและการควบคุมการเปลี่ยนรูป: ท่อไททาเนียมผนังบางอาจบิดเบี้ยวหรือเผาไหม้เนื่องจากความร้อนสูงเกินไป ในขณะที่ท่อที่มีผนังหนาสามารถสะสมความร้อนและเกิดความเค้นตกค้างจํานวนมาก
• ความซับซ้อนในการป้องกันด้านหลัง: รากเชื่อมมีปฏิกิริยาสูงที่อุณหภูมิสูง การล้างอาร์กอนภายในท่อไม่เพียงพอทําให้เกิดการเกิดออกซิเดชันของราก ซึ่งส่งผลต่อการปิดผนึกและความแข็งแรง
• ข้อกําหนดด้านความสะอาดที่เข้มงวด: โลหะฐาน ร่อง ลวดฟิลเลอร์ และอุปกรณ์ติดตั้งต้องปราศจากน้ํามัน ตะกรันออกไซด์ และฝุ่นละออง เนื่องจากการปนเปื้อนเพียงเล็กน้อยก็อาจทําให้เกิดการเจือปนเปราะที่อุณหภูมิสูงได้

การวิเคราะห์กลไกข้อบกพร่องทั่วไป

ลักษณะเป็นรู

ผู้กระทําผิดหลักที่อยู่เบื้องหลังความพรุนในรอยเชื่อมไททาเนียมคือไฮโดรเจน แหล่งที่มา ได้แก่ ความชื้นหรือน้ํามันที่ตกค้างบนพื้นผิววัสดุและแม้แต่ก๊าซป้องกันที่ไม่บริสุทธิ์ ไฮโดรเจนละลายในสระเชื่อมที่มีอุณหภูมิสูง เมื่อรอยเชื่อมเย็นลงความสามารถในการละลายจะลดลงอย่างรวดเร็ว ไฮโดรเจนอิ่มตัวยิ่งยวดไม่สามารถหลบหนีได้ทันเวลาและติดอยู่ในโลหะทําให้เกิดรูขุมขน

การแตกร้าวล่าช้า

ร้ายกาจยิ่งกว่าความพรุนคือการแตกร้าวล่าช้า หลายชั่วโมงหรือนานกว่านั้นหลังจากการเชื่อมอะตอมของไฮโดรเจนจะกระจายจากรอยเชื่อมไปยังบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนซึ่งความเครียดจะเข้มข้น พวกมันตกตะกอนเป็นไททาเนียมไฮไดรด์ทําให้เกิดการขยายตัวเชิงปริมาตรและความเค้นภายในสูงซึ่งอาจนําไปสู่การแตกร้าวที่เกิดขึ้นเองโดยไม่ต้องรับภาระจากภายนอก

กระบวนการเชื่อมท่อไทเทเนียมทั่วไป

• การเชื่อม TIG (การเชื่อมก๊าซเฉื่อยทังสเตน): วิธีที่พบบ่อยที่สุดโดยใช้การป้องกันอาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูง ผลิตรอยเชื่อมคุณภาพสูงและเหมาะอย่างยิ่งสําหรับท่อไทเทเนียมผนังบางที่ต้องการความแม่นยําและความสะอาด
• การเชื่อม PAW (การเชื่อมอาร์กพลาสม่า): ·มีความหนาแน่นของพลังงานสูงความเร็วในการเชื่อมที่เร็วขึ้นและการควบคุมการเจาะที่ดีเหมาะสําหรับการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพและความเสถียร
• การเชื่อม MIG (การเชื่อมก๊าซเฉื่อยโลหะ): เหมาะสําหรับส่วนที่หนาขึ้นและการผลิตจํานวนมาก ช่วยให้สามารถเชื่อมด้วยความเร็วสูงได้ แต่ต้องมีการควบคุมแก๊สป้องกันที่เข้มงวดกว่าและจัดการได้ยากกว่า
• การเชื่อมลําแสงอิเล็กตรอน (EBW): ·มีความหนาแน่นของพลังงานสูงมากความเร็วในการเชื่อมที่รวดเร็วและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนขนาดเล็ก ใช้กันทั่วไปในด้านการบินและอวกาศและสาขาอื่น ๆ ที่ต้องการความแม่นยําและความแข็งแรงสูง
• การเชื่อมด้วยเลเซอร์: เปิดใช้งานระบบอัตโนมัติการควบคุมกระบวนการที่แม่นยํารูปลักษณ์การเชื่อมที่น่าสนใจและความเร็วที่รวดเร็ว เหมาะอย่างยิ่งสําหรับรูปทรงที่ซับซ้อนหรือท่อไทเทเนียมที่มีความแม่นยําสูง
• การเชื่อมหุ้ม (การเชื่อมแบบซ้อนทับ): เกี่ยวข้องกับการฉีดพ่นผงไททาเนียมหรือโลหะอื่นๆ ลงบนพื้นผิวท่อแล้วหลอมรวมกับวัสดุฐาน ส่วนใหญ่ใช้สําหรับการเสริมแรงหรือซ่อมแซมเฉพาะที่

การเปรียบเทียบกระบวนการเชื่อมท่อไทเทเนียม

การเตรียมตัวก่อนเชื่อมท่อไทเทเนียม

การทําความสะอาดก่อนเชื่อม (โลหะฐาน, ลวดฟิลเลอร์, สิ่งแวดล้อม)

ความสะอาดอย่างแท้จริงเป็นสิ่งสําคัญ วัสดุฐาน ลวดฟิลเลอร์ และสภาพแวดล้อมในการเชื่อมต้องปราศจากน้ํามัน ฝุ่น น้ํามันตัดกลึง หรือจาระบีของมนุษย์...

การกําจัดออกไซด์ (เพื่อป้องกันการรวม)

ชั้นออกไซด์บนไททาเนียมมีจุดหลอมเหลวสูงกว่าโลหะฐาน...

ข้อต่อ (จัดตําแหน่งหลีกเลี่ยงช่องว่าง)

การประกอบข้อต่อต้องมีความแม่นยําสูง...

การเตรียมการป้องกัน (อาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูง, โล่ต่อท้าย, การล้าง)

ไทเทเนียมดูดซับออกซิเจนและไนโตรเจนได้ง่ายที่อุณหภูมิสูง...

การตั้งค่าการส่งก๊าซ (ท่อพลาสติก, การควบคุมการไหล)

ควรส่งก๊าซป้องกันผ่านท่อพลาสติกที่สะอาดและไม่มีรูพรุน...

การเลือกโลหะฟิลเลอร์ (ตรงกับโลหะฐาน)

สําหรับท่อไทเทเนียมที่มีความหนาของผนังมากกว่า 0.010 นิ้ว จําเป็นต้องใช้โลหะฟิลเลอร์ องค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกลควรตรงกับโลหะฐานอย่างใกล้ชิดเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงของข้อต่อและความต้านทานการกัดกร่อน ในบางกรณี ฟิลเลอร์ที่มีความแข็งแรงครากต่ํากว่าโลหะฐานเล็กน้อยจะถูกเลือกเพื่อปรับปรุงความเหนียว แต่หลังจากการตรวจสอบอย่างเข้มงวดแล้วเท่านั้น

นี่คือหัวเรื่องภาษาอังกฤษที่ชัดเจนสําหรับส่วนของคุณ:

การเชื่อมและพารามิเตอร์หลัก

การเริ่มต้นส่วนโค้งและการเริ่มต้น

การเชื่อม TIG ของท่อไททาเนียมควรใช้การเริ่มต้นอาร์คแบบไม่สัมผัสความถี่สูงเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของทังสเตนและการรวมที่โซนเริ่มต้น ก๊าซอาร์กอนต้องไหลก่อนกระแทกเพื่อให้แน่ใจว่าบริเวณรอยเชื่อมได้รับการปกป้องอย่างเต็มที่ด้วยก๊าซเฉื่อย

อินพุตความร้อนและการควบคุมความเร็วในการเดินทาง

ควรเก็บความร้อนที่ป้อนให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่ามีการซึมผ่านอย่างเต็มที่โดยไม่มีความร้อนสูงเกินไปซึ่งอาจทําให้เกิดการเผาไหม้หรือเปราะบาง ความเร็วในการเดินทางต้องคงที่และสม่ําเสมอ—ช้าเกินไปอาจทําให้เกิดการเกิดออกซิเดชัน ในขณะที่เร็วเกินไปอาจทําให้ขาดการหลอมรวมได้

เทคนิคการเชื่อมแบบกดและจุ่มให้อาหาร

แนะนําให้ใช้วิธีการเชื่อมแบบกดเพื่อให้ก๊าซป้องกันครอบคลุมสระเชื่อมจนสุด ใช้เทคนิค "การป้อนแบบจุ่ม" เป็นระยะ ๆ โดยเพิ่มลวดฟิลเลอร์ในช่วงเวลาสั้น ๆ ขณะเคลื่อนที่ เพื่อหลีกเลี่ยงการแช่ลวดในสระเชื่อมเป็นเวลานานซึ่งอาจทําให้เกิดการปนเปื้อน

เวลาพักสระหลอมเหลวและการปล่อยฟองสบู่

ควรรักษาเวลาพักให้นานขึ้นเล็กน้อยเพื่อให้ฟองไฮโดรเจนหลุดออกและลดความพรุน อย่างไรก็ตาม การอยู่อาศัยมากเกินไปอาจทําให้สระร้อนเกินไปและเพิ่มการดูดซึมก๊าซ

การป้องกันและหลังการไหล

หลังจากเชื่อม ให้รักษาการไหลของอาร์กอนเป็นเวลา ≥20-25 วินาทีเพื่อป้องกันรอยเชื่อมจนกว่าจะเย็นลงต่ํากว่า 400 °C การล้างกลับก็มีความสําคัญไม่แพ้กัน ให้แน่ใจว่ามีการล้างอย่างสมบูรณ์อย่างน้อย 10 ครั้งก่อนที่จะกระทบส่วนโค้งเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของราก

การบําบัดหลังการเชื่อมและการตรวจสอบคุณภาพ

การจัดการก๊าซหลังการไหล

หลังจากการเชื่อม ควรรักษาการไหลหลังของอาร์กอนเป็นเวลา 20-25 วินาทีจนกว่ารอยเชื่อมจะเย็นลงเหลือประมาณ 400 °C (800 °F) ซึ่งไททาเนียมจะไม่ทําปฏิกิริยากับออกซิเจนอีกต่อไป ข้อมูลจําเพาะบางอย่างต้องการการป้องกันอย่างต่อเนื่องจนถึงอุณหภูมิต่ํากว่า 150 °C (500 °F) เวลาที่แน่นอนควรเป็นไปตามข้อกําหนดของกระบวนการ

การดอง การล้าง และการอบแห้ง

ตะกรันออกไซด์เบาอาจยังคงอยู่บนพื้นผิวหลังการเชื่อม ควรกําจัดออกโดยการดองด้วยสารละลายกรดไฮโดรฟลูออริก + กรดไนตริก จากนั้นล้างออกด้วยน้ําบริสุทธิ์และเช็ดให้แห้งสนิทเพื่อหลีกเลี่ยงสารกัดกร่อนที่ตกค้าง

การประเมินสีและคุณภาพรอยเชื่อม

ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นอย่างหนึ่งของโลหะผสมไททาเนียมคือสีของรอยเชื่อมหลังการเชื่อมสะท้อนถึงประสิทธิภาพของการป้องกันโดยตรง สีของรอยเชื่อมไม่เพียงแต่บ่งชี้ว่าการป้องกันก๊าซเพียงพอหรือไม่ แต่ยังเผยให้เห็นความหนาของฟิล์มออกไซด์ ทําให้เป็นเกณฑ์สําคัญในการประเมินคุณภาพรอยเชื่อม

หมายเหตุเพิ่มเติม

• ต้องลบการเปลี่ยนสีทั้งหมดออกก่อนทําการเชื่อมต่อไป
• พื้นที่ถอด ควรครอบคลุมรอยเชื่อมและสูงถึง 0.03 นิ้ว (≈0.76 มม.) ในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ)
• การเปลี่ยนสีม่วง สีน้ําเงิน และสีเขียวจะส่งผลให้เกิดการปฏิเสธรอยเชื่อมหากจําเป็นต้องเชื่อมเพิ่มเติม
• การเปลี่ยนสีสีน้ําเงินและสีเขียว อาจเป็นที่ยอมรับได้บนรอยเชื่อมที่เสร็จสมบูรณ์ แต่ต้องลบออกก่อนดําเนินการต่อไป

การทดสอบแบบไม่ทําลาย (PT/RT/UT)

นอกเหนือจากการประเมินสีด้วยสายตาแล้วการทดสอบแบบไม่ทําลายและการตรวจสอบในห้องปฏิบัติการยังจําเป็นสําหรับการประเมินคุณภาพการเชื่อมที่ครอบคลุม:

• PT (การทดสอบการแทรกซึม): ตรวจจับรอยแตกขนาดเล็กของพื้นผิวและความพรุน
• การทดสอบความแข็ง: ประเมินว่าพื้นที่เชื่อมแข็งตัวเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันหรือการเปราะบางของไฮโดรเจนหรือไม่
• RT (การทดสอบด้วยรังสี) และ UT (การทดสอบอัลตราโซนิก): ระบุข้อบกพร่องภายใน
• การทดสอบการทําลายล้าง: ใช้ภายใต้สภาวะวิกฤตเพื่อตรวจสอบความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อม

การทดสอบแรงดันและการรั่วไหล

สําหรับท่อไทเทเนียมรับแรงกด ควรทําการทดสอบอุทกสถิตหรือนิวเมติกหลังการเชื่อมเพื่อตรวจสอบความหนาแน่นของรอยเชื่อม หากจําเป็น ควรทําการตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียมแมสสเปกโตรเมตรีเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการรั่วไหลที่ซ่อนอยู่

คําถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการเชื่อมท่อไทเทเนียม

วิธีที่ดีที่สุดในการเชื่อมท่อไทเทเนียมคืออะไร?

การเชื่อมอาร์คทังสเตนด้วยแก๊ส (TIG / GTAW) ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นวิธีที่ดีที่สุดโดยให้ความแม่นยําและการควบคุมความสะอาดที่ไม่มีใครเทียบได้

จะป้องกันการเปลี่ยนสีของรอยเชื่อมไททาเนียมได้อย่างไร?

กุญแจสําคัญคือการป้องกันก๊าซเฉื่อยที่สมบูรณ์แบบ ตรวจสอบความบริสุทธิ์ของอาร์กอนสูงและใช้เกราะป้องกันหลัก โล่ต่อท้าย และการล้างอาร์กอนภายในพร้อมกัน

เหตุใดความพรุนจึงเกิดขึ้นในรอยเชื่อมไททาเนียม

สาเหตุหลักคือการปนเปื้อนของไฮโดรเจน โลหะฐาน ลวดฟิลเลอร์ และสภาพแวดล้อมในการทํางานต้องสะอาดและแห้งสนิท โดยใช้ก๊าซอาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูง

จําเป็นต้องอุ่นเครื่องสําหรับการเชื่อมท่อไททาเนียมหรือไม่?

สําหรับท่อที่มีผนังบางต่ํากว่า 3 มม. มักจะไม่จําเป็นต้องอุ่นเครื่อง สําหรับท่อที่มีผนังหนา การอุ่นปานกลางจะช่วยลดความเครียดในการเชื่อม

การนําเสนอผลิตภัณฑ์ Chalco Titanium

เราไม่เพียง แต่มีความเชี่ยวชาญอย่างลึกซึ้งในความซับซ้อนของการเชื่อมท่อไทเทเนียม แต่ยังจัดหา ท่อเชื่อมไทเทเนียม คุณภาพสูงและ ท่อไร้รอยต่อที่สอดคล้องกับมาตรฐาน ASTM B338 และ ASTM B862 อย่างสมบูรณ์

หากคุณประสบกับความท้าทายในการใช้งานท่อไทเทเนียมหรือการเชื่อม หรือต้องการจัดหาผลิตภัณฑ์ท่อไทเทเนียมมาตรฐานสูง โปรดติดต่อผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคของเราวันนี้เพื่อรับโซลูชันระดับมืออาชีพ