Qual é a razão pela qual a liga de titânio e o alumínio são difíceis de soldar?

A liga de titânio é um material leve, de alta resistência e resistente à corrosão. Devido às suas excelentes propriedades, é amplamente utilizado na indústria aeroespacial, equipamentos médicos, indústria química e outros campos. No entanto, o desempenho de soldagem das ligas de titânio é relativamente baixo, principalmente pelas seguintes razões:
Formação da camada de óxido:Uma camada de óxido sólido é facilmente formada na superfície da liga de titânio. Esta camada de óxido não só aumenta a dificuldade durante o processo de soldagem, mas também reduz a resistência da soldagem. Antes da soldagem, geralmente são necessários alguns métodos especiais de pré-tratamento, como decapagem ou polimento mecânico, para remover a camada de óxido e, assim, melhorar o desempenho da soldagem.
Baixa condutividade térmica:A condutividade térmica da liga de titânio é relativamente baixa, resultando em um grande gradiente de temperatura próximo à solda, o que pode facilmente causar deformações e rachaduras na soldagem. Para reduzir o gradiente de temperatura, muitas vezes é necessário adotar medidas como pré-aquecimento e controle da velocidade de soldagem, o que aumenta a complexidade do processo de soldagem.
Sensibilidade ao hidrogênio:A liga de titânio é sensível ao hidrogênio e absorve facilmente o hidrogênio durante o processo de soldagem, resultando em fragilização por hidrogênio. A fragilização por hidrogênio pode causar fratura frágil de juntas soldadas, portanto, algumas medidas precisam ser tomadas, como controlar o teor de hidrogênio no ambiente de soldagem, para reduzir o risco de fragilização por hidrogênio.

Dissolução seletiva:A liga de titânio é propensa à dissolução seletiva com alguns elementos metálicos em altas temperaturas, formando uma fase frágil, o que afeta o desempenho das juntas soldadas. Portanto, atenção especial deve ser dada para evitar esta dissolução seletiva ao selecionar materiais e processos de soldagem.
Alto ponto de fusão:O ponto de fusão relativamente alto das ligas de titânio requer altas temperaturas para o processo de soldagem, aumentando assim o consumo de energia e os requisitos de equipamentos de soldagem.
Para resolver esses problemas, a soldagem de ligas de titânio geralmente requer o uso de processos de soldagem especializados, incluindo soldagem com proteção de gás inerte, soldagem por feixe de elétrons, soldagem a laser e outras tecnologias avançadas de soldagem. Além disso, a seleção de materiais de soldagem apropriados, o controle dos parâmetros de soldagem e a adoção de métodos de pré-tratamento também são meios importantes para melhorar a qualidade da soldagem das ligas de titânio.

Resumindo, as razões pelas quais a liga de titânio e o alumínio são difíceis de soldar são as seguintes:
1. O alumínio e o titânio reagem facilmente com o oxigênio
⑴ O alumínio reage com o oxigênio para formar um Al2O3 denso e refratário (filme de óxido) com ponto de fusão de até 2.050 graus, o que dificulta a combinação dos dois materiais de base e torna a solda propensa a inclusões.
⑵O titânio começa a oxidar a 600 graus. Quanto maior a temperatura, mais grave será a oxidação, formando TiO2 (dióxido de titânio), formando uma camada intermediária quebradiça na solda, reduzindo a plasticidade e a tenacidade.
2. O alumínio e o titânio reagem de maneira diferente em diferentes temperaturas
⑴. A 1460 graus, o alumínio e o titânio formam um composto de TiAl (alumineto de titânio) contendo 36,03% da fração mássica de alumínio, o que aumenta a fragilidade do metal.
⑵ Alumínio e titânio formam um composto de TiAl3 (trialuminito de titânio) contendo 60% a 64% de fração de massa de alumínio a 1340 graus.
⑶ Depois que o alumínio e o titânio são derretidos, quando a fração mássica do titânio é 00,15%, uma solução sólida de titânio é formada no alumínio.
3. A solubilidade mútua de alumínio e titânio é muito pequena
⑴A 665 graus, a solubilidade do titânio em alumínio é 0,26%~0,28%. À medida que a temperatura diminui, a solubilidade diminui.
⑵Quando a temperatura cai para 20 graus, a solubilidade do titânio no alumínio cai para 0,07%, dificultando a combinação dos dois materiais de base.
A solubilidade do alumínio em titânio é mais limitada, o que dificulta muito a formação de soldas entre os dois materiais de base.
4. O alumínio e o titânio têm forte absorção de água em altas temperaturas.
⑴O alumínio líquido pode dissolver uma grande quantidade de hidrogênio, mas é quase insolúvel no estado sólido. À medida que a solda solidifica, o hidrogênio não tem tempo de escapar e formar poros.
⑵O hidrogênio tem alta solubilidade em titânio. Em baixas temperaturas, o hidrogênio se acumula nos poros, reduzindo a plasticidade e a tenacidade da solda e causando facilmente trincas quebradiças.
5. O alumínio forma compostos frágeis com titânio e outras impurezas
⑴. O óxido formado por alumínio e oxigênio aumenta a fragilidade do metal e dificulta a soldagem.
⑵Titânio e nitrogênio formam nitreto de titânio, o que reduz a plasticidade do metal.
⑶Titânio e carbono formam carbonetos. Quando a fração mássica de carbono for superior a 0,28%, a soldabilidade de ambos os metais básicos se deteriorará significativamente.
6. O alumínio e o titânio reagem de maneira diferente em diferentes temperaturas
⑴A condutividade térmica do alumínio e do titânio é muito diferente. O alumínio (206,9W·m-2·K-1) é aproximadamente 16 vezes maior que o titânio (13,8W·m-2·K-1).
⑵Os coeficientes de expansão linear do alumínio e do titânio são muito diferentes, e o alumínio é cerca de 3 vezes maior que o titânio. Propenso a rachar sob pressão.
7. Os elementos de liga de alumínio e titânio queimam e evaporam
⑴Quando o alumínio ou liga de alumínio derrete, elementos com pontos de fusão inferiores, como magnésio, zinco, etc., começam a queimar ou evaporar.
⑵ Quando o ponto de fusão do titânio ou liga de titânio é atingido (1677 graus), elementos de liga como o alumínio queimam e evaporam mais, resultando em uma composição química irregular da solda e resistência reduzida.