1. لماذا يصعب اللحام التيتانيوم؟
التفاعل الشديد في درجات حرارة عالية: يتفاعل التيتانيوم بسهولة مع الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين في الهواء عند تسخينه فوق 500 درجة (932 درجة فهرنهايت). تشكل ردود الفعل هذه المركبات الهشة بين المحالين (على سبيل المثال ، أكسيد التيتانيوم ، نيتريد التيتانيوم) والهيدرات في منطقة اللحام. حتى التلوث النحولي (على سبيل المثال ، 0.1 ٪ من الأكسجين) يمكن أن يقلل بشكل كبير من ليونة اللحام وصبغته ، مما يؤدي إلى تكسير أو فشل سابق لأوانه.
نافذة معالجة ضيقة: التيتانيوم لديه الموصلية الحرارية منخفضة (حوالي 1/4 من الصلب) ونقطة انصهار عالية (1،668 درجة / 3،034 درجة فهرنهايت). هذا يسبب ارتفاع درجة الحرارة الموضعية في منطقة اللحام ، مما يزيد من خطر نمو الحبوب المفرط - يضعف الحبوب الخشنة اللحام وجعله أكثر عرضة للتكسير. بالإضافة إلى ذلك ، يخلق معامل التيتانيوم العالي للتوسع الحراري (مقارنة ببعض المعادن) ضغوطًا متبقية كبيرة أثناء التبريد ، مما يؤدي إلى تفاقم مخاطر التكسير.
حساسية تحضرة الهيدروجين: إن امتصاص الهيدروجين (من الرطوبة أو الزيت أو غاز التدريع الملوث) يؤدي إلى تكوين هيدريدات التيتانيوم ، والتي تكون هشة ويمكن أن تسبب "تكسير الهيدروجين" في اللحام أو الحرارة - المتأثرة (HAZ). على عكس بعض الفولاذ ، لا يمكن للتيتانيوم تحرير الهيدروجين الممتص بسهولة من خلال تسخين اللحام- ، مما يجعل تنظيف اللحام قبل تنظيف اللحام.
الحاجة إلى التدريع الصارم: لمنع التلوث ، يجب أن يكون تجمع اللحام ، HAZ ، وحتى الساخنة (أعلى من 300 درجة / 572 درجة فهرنهايت) محمية بشكل مستمر مع غاز خامل نقاء عالي- (عادةً الأرجون أو الهيليوم) أثناء اللحام والتبريد. أي فجوات في التدريع (على سبيل المثال ، من تدفق الغاز الفقير أو المسودات أو تصميم الشعلة غير لائق) تحلل جودة اللحام على الفور.
2. هل يمكنك لحام الليزر التيتانيوم؟
الحد الأدنى من مدخلات الحرارة: يستخدم اللحام بالليزر شعاع طاقة مركّز وعالي - يوفر الحرارة محليًا ، مما يقلل من حجم HAZ. هذا يقلل من نمو الحبوب ، والضغوط المتبقية ، والتشويه - حاسما لحساسية التيتانيوم للتلف الحراري.
سرعة المعالجة العالية: تتيح الطاقة المركزة سرعات لحام أسرع ، والتي تحد من الوقت الذي يتعرض فيه التيتانيوم لدرجات حرارة عالية (تقليل مخاطر التلوث) ويحسن كفاءة الإنتاج.
دقة: يمكن أن تركز عوارض الليزر على أحجام بقعة صغيرة (وصولاً إلى ميكرون) ، مما يتيح اللحام بألواح التيتانيوم الرفيعة (رقيقة من 0.1 مم) أو الهندسة المعقدة (على سبيل المثال ، زراعة طبية صغيرة) مع التحمل الضيق.
انخفاض التعقيد التدريع: في حين أن التدريع الغاز الخامل لا يزال مطلوبًا (لمنع الأكسدة/النصير) ، فإن تجمع اللحام الضيق والتبريد السريع يعني أن التدريع لا يحتاج إلا إلى تغطية مساحة أصغر مقارنةً بحام TIG.
تحضير السطح: سطح التيتانيوم العاكس (يعكس ~ 80-90 ٪ من ضوء الليزر القريب- يمكن أن يقلل من امتصاص الطاقة. للتخفيف من هذا ، غالبًا ما يتم استخدام المعالجات السطحية المسبقة لـ- (على سبيل المثال ، الرمل ، الحفر الكيميائي ، أو تطبيق طلاء امتصاص) لتحسين اقتران طاقة الليزر.
محامي اختيار الغاز: High - Purity Argon (99.999 ٪) هو معيار للدرع ، ولكن يمكن استخدام الهيليوم للأقسام الأكثر سمكا (لديها توصيل حراري أعلى ، وتحسين تبديد الحرارة وتقليل المسامية).
السيطرة على المسامية: لحامات الليزر التيتانيوم عرضة للمسامية إذا كان الهيدروجين موجودًا (من الرطوبة أو الأسطح الملوثة) أو إذا كانت معلمات الشعاع (على سبيل المثال ، الطاقة ، السرعة) غير محددة. يعد تنظيف اللحام الصارم pre - (لإزالة الزيوت أو الأكاسيد أو الرطوبة) وتركيز الشعاع المحسّن ضروريًا لتقليل المسامية.
متطلبات المعدات: أنظمة الليزر النبضية (على سبيل المثال ، ليزر الألياف ، ND: YAG ليزر) تستخدم عادة للتيتانيوم ، لأنها تسمح بالتحكم الدقيق في إدخال الحرارة - لتجنب ارتفاع درجة حرارة المواد الرقيقة أو التسبب في التكسير في السبائك مثل Ti-6AL-4V.
3. كيف تنظف التيتانيوم قبل اللحام؟
تنظيف المذيبات: أولاً ، امسح أو يغمر التيتانيوم في مذيب متطايرة ، غير متطايرة ، غير- لإزالة الزيوت ، قطع السوائل ، أو بصمات الأصابع. تشمل المذيبات الشائعة كحول الأيزوبروبيل (IPA) ، أو الأسيتون ، أو ميثيل إيثيل كيتون (MEK) ، أو الترايكلور إيثيلين (TCE ، المستخدمة في الشحم الثقيل - ملاحظة: يتطلب TCE تهوية مناسبة بسبب المخاطر الصحية).
التنظيف المائي: بالنسبة للأجزاء الأكبر أو التنظيف الصناعي - ، استخدم منظفًا مائيًا قلويًا (على سبيل المثال ، حلول هيدروكسيد الصوديوم المعتدل) في 50-70 درجة (122-158 درجة فهرنهايت) ، يليه شوط شامل مع ماء منزلي (DI). هذه الخطوة فعالة لإزالة الماء - الزيوت القابلة للذوبان والملوثات الخفيفة.
التنظيف الميكانيكي: استخدام أدوات كاشف (على سبيل المثال ، فرش سلك الفولاذ المقاوم للصدأ -لا تستخدم فرش الصلب الكربوني، نظرًا لأنها يمكن أن تترك بقايا الحديد التي تسبب التآكل) ، أو الرمل (مع أكسيد الألومنيوم أو وسائط كربيد السيليكون ، أو 80-120 حصى) ، أو طحن (مع عجلات الماس أو نيتريد البورون المكعب (CBN)). يجب أن يتم التنظيف الميكانيكي مباشرة قبل اللحام (في غضون 1-2 ساعات) لمنع الأكسدة-.
النقش الكيميائي: بالنسبة للأجزاء الدقيقة أو حيث قد يؤدي التنظيف الميكانيكي إلى إتلاف الأسطح (على سبيل المثال ، أوراق رقيقة ، غرسات طبية) ، استخدم حفرًا كيميائيًا لإذابة طبقة الأكسيد. etchant النموذجي هو مزيج من حمض الهيدروفلوريك (HF ، 10-20 ٪) وحمض النيتريك (HNO₃ ، 30-40 ٪) في الماء ، يطبق لمدة 5-15 دقيقة في درجة حرارة الغرفة. بعد الحفر ، شطفه جيدًا باستخدام ماء DI لإزالة بقايا الحمض (يمكن أن يسبب HF المتبقي التضخيم).
تخليل: على غرار الحفر ، يستخدم التخليل محلول حمض أكثر اعتدالًا (على سبيل المثال ، تخفيف HF) لإزالة الأكاسيد دون فقدان مادة كبيرة. غالبًا ما يتم استخدامه للنشر - التنظيف الميكانيكي لخدوش السطح الملساء.
