チタン高温で酸素、水素、窒素などのガスに対して強い親和性を示す反応性の高い金属です。この親和性は、溶接温度が上昇するにつれて、特にチタン溶接プロセス中にさらに顕著になります。実際の経験から、チタンによる酸素、水素、窒素などのガスの吸収と溶解が溶接中に制御されない場合、チタン溶接継手の製造に間違いなく重大な課題が生じることが示されています。
I. はじめに
近年、経済発展、特に改革開放の継続的な深化により、-中国の経済建設は目覚ましい進歩を遂げてきました。{0}同時に、中国はパイプラインなどのエンジニアリングプロジェクトの溶接でも大きな進歩を遂げた。チタン溶接は比較的一般的な溶接タイプであり、プロセス中の効果的な品質管理を確保することがチタン溶接の色に重大な影響を与えます。チタンの溶接色の視覚的な性質を考慮すると、溶接の色と溶接の品質の関係の研究は非常に重要です。本稿では、著者がチタン溶接の品質管理と加工技術に関する長年の研究と実践経験をもとに、チタン溶接における溶接品質と溶接色の関係を探り、この分野の研究に貢献することを願っています。
II.チタン溶接におけるチタンの特性の影響
1. 酸素と窒素の影響
酸素と窒素がチタンに格子間溶解し、格子歪みを引き起こします。これにより、変形に対する耐性、強度と硬度が向上しますが、可塑性と靭性は低下します。溶接部に酸素と窒素が存在することは望ましくなく、避ける必要があります。
2. 水素の効果
水素の増加はチタン溶接金属の衝撃靱性の急激な低下を引き起こしますが、可塑性の低下はわずかです。水素化物は関節の脆化を引き起こす可能性があります。
3. 炭素の効果
室温では、酸素や窒素ほど顕著ではありませんが、炭素はチタンに格子状に溶解し、強度を高め、可塑性を低下させます。炭素含有量が溶解限界を超えると、硬くて脆い TiC が形成されます。この TiC はネットワークのようなパターンで分布しており、クラックが発生しやすいです。-中国の国家基準では、チタンとその合金の炭素含有量は 0.1% を超えてはならないと規定されています。溶接中にワークピースや溶接ワイヤに油が汚れると、炭素含有量が増加する可能性があります。したがって、溶接前に徹底的な洗浄が必要です。
Ⅲ．チタンの溶接性の解析
チタンは溶接性が良いのが特徴です。熱伝導率が低い（0.041 Cal/度・cm・s）ため、チタン金属はアークゾーン内でのみ溶融し、良好な流動性を示します。さらに、熱膨張係数が低く (8.6 × 10-6/度、炭素鋼よりもはるかに低い)、チタン金属の溶接性が大幅に向上します。
IV.チタン溶接における溶接色と溶接品質の関係
1. チタンおよびチタン合金管の溶接部の変色と欠陥発生のメカニズム
チタンおよびチタン合金管の欠陥とその形成メカニズムは次のとおりです。チタン管の溶接中、TIG トーチによって形成されるアルゴン ガス シールドは、空気の有害な影響から溶接池を保護することしかできません。すでに凝固しているものの高温のままである溶接部とその周囲の領域を保護することはできません。しかし、チタンパイプの溶接部とその周囲は、この状態でも依然として空気中の窒素や酸素を吸収する能力が強いのです。空気中には窒素と酸素が多く含まれており、酸素の吸収は400度、窒素の吸収は600度で始まります。
酸化の程度が徐々に増加すると、チタンパイプの溶接部の色が変化し、溶接部の延性が低下します。銀白色- (酸化なし)。黄金色 (TiO; チタンは約 250 度で水素を吸収し始める; わずかに酸化)。青色 (Ti₂O₃、中程度に激しい酸化)。灰色 (TiO₂; 重度の酸化)。
2. チタン溶接の品質は、表面の色に基づいて評価できます。
チタン溶接部のさまざまな色と硬度レベルのテストを以下の図に示します。
(I) 実験では、溶接の色が濃くなるにつれて{0}、つまり酸化の程度が増加するにつれて-溶接の硬度も増加することが実証されました。同業他社の試験によると、チタンの硬度が高くなると溶接部の酸素や窒素などの有害物質の濃度が上昇し、溶接品質が大幅に低下することがわかっています。
(2) チタンの溶接性は、その化学的および物理的特性と密接に関係しています。ただし、重要な問題は、高温ではチタンの反応性が高いため、大気汚染を受けやすくなるということです。加熱中に粒子が膨張し、溶接継手が冷えると脆性相が形成されます。チタンの融点は 1668 ± 10 度に達し、非常に高く、鋼の溶接よりもさらに多くのエネルギーを必要とします。同時に、チタンは化学反応性が非常に高く、鋼よりもはるかに容易に O や H と反応し、600 度を超える温度で急速な化学反応を起こします。鋼の数万倍の水素溶解度を持ち、100度という早い温度で大量のHとOを吸収し、水素化チタンの形成と靭性の急激な低下を引き起こします。ガス状不純物は、ノッチ感受性だけでなく、コールドクラックや遅延クラックに対する感受性を高めます。したがって、溶接に使用するアルゴンの純度は 99.99% 以上、水分含有量は 0.039% 以下、溶接ワイヤの水素含有量は 0.002% 以下である必要があります。チタンの熱伝達率はスチールの半分です。 - から - への相転移は 882 度で発生します。より高い温度では、粒子は急速な階段状の成長を起こし、特性の大幅な低下を引き起こします。{20}}したがって、温度、特に溶接熱サイクル中の高温での滞留時間を厳密に制御する必要があります。チタンを溶接する場合、高温割れや粒界割れは問題になりませんが、特に溶接+合金の場合には気孔が発生する可能性があります。
V. チタン溶接の注意事項
上記の研究に基づいて、チタンを溶接する際には次の問題に対処する必要があります。
1. チタン溶接プロセス中、溶接部と熱影響部-への空気の侵入を防ぐため、溶接部と熱影響部-を厳重にシールドする必要があります。空気が侵入すると、溶接の品質が著しく損なわれる可能性があります。したがって、99.99% 純度のアルゴンとトレーリング シールドが不可欠です。
2. 溶接溝は機械加工する必要があります (研削は許可されません)。
3. 仮付けは避け、高周波アーク発生を使用する必要があります。-
4.-溶接後の熱処理は避けるべきです。 -溶接後の熱処理が必要な場合、熱処理温度は 650 度未満である必要があります。
VI.結論
チタン溶接の品質管理は、溶接ビードの色に大きな影響を与えます。同時に、溶接の品質をその色に基づいて評価できます。これら 2 つの要素の間には非常に重要な関係があります。
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