Les alliages de titane sont largement utilisés dans l'aérospatiale, la construction navale, les dispositifs médicaux et d'autres domaines en raison de leur haute résistance, de leur faible densité et de leur excellente résistance à la corrosion. Cependant, le soudage des alliages de titane est sujet aux fissures et autres défauts, qui affectent sérieusement la qualité du soudage et les propriétés structurelles. Afin de résoudre systématiquement ce problème, il est nécessaire d'effectuer un contrôle complet sous divers aspects tels que la protection du processus, le contrôle thermique, l'adaptation des matériaux et le prétraitement des soudures.
Mettre strictement en œuvre le processus de protection contre le soudage
L'alliage de titane a une activité élevée contre l'oxygène, l'azote, l'hydrogène et d'autres gaz à haute température, et ces éléments formeront des oxydes, des nitrures et des hydrures cassants lorsqu'ils envahiront la soudure, ce qui entraînera une diminution de la ténacité plastique du joint et induira des fissures. Par conséquent, l’ensemble du processus de soudage doit être effectué sous la protection d’un gaz inerte :
- Protection locale : des buses de pistolet de soudage-de grand diamètre sont utilisées pour garantir que le gaz argon recouvre le bassin de soudage et les zones adjacentes affectées par la chaleur-, et le flux d'air doit être régulier et uniforme pour éviter les turbulences provoquant un enchevêtrement de l'air.
-Protection arrière : après le soudage, utilisez une hotte de tonte pour continuer la protection contre l'argon jusqu'à ce que la température de la soudure et de la zone affectée par la chaleur-descende en dessous de 200 degrés pour éviter une oxydation à haute-température.
-Protection arrière : pour les soudures bout à bout sur des tôles moyennes et lourdes, des coussins d'air ou une protection à l'argon doivent être installés à l'arrière pour garantir que la zone de formage double-est exempte de pollution.
La pureté du gaz de protection doit être supérieure ou égale à 99,99 %, le point de rosée doit être inférieur à -50 degrés et le débit d'air dans la zone protégée doit être strictement contrôlé.
Mettre en œuvre le contrôle du processus thermique de soudage
L'alliage de titane a une faible conductivité thermique et l'accumulation de chaleur de soudage peut facilement provoquer des grains grossiers dans la zone affectée thermiquement-et augmenter la tendance à la fissuration. L’apport de chaleur du soudage et la vitesse de refroidissement doivent être contrôlés par un refroidissement forcé :
- Plaque de support en cuivre refroidie à l'eau : une plaque de support en cuivre avec un dissipateur de refroidissement est placée à l'arrière de la soudure pour accélérer l'exportation de chaleur et limiter le temps de séjour à haute température.
-Contrôlez la température entre les couches : lors du soudage de plusieurs couches et de plusieurs passes, la température entre les couches doit être contrôlée en dessous de 150 degrés pour éviter la formation de tissus surchauffés.
- Paramètres de soudage optimisés : un faible apport de chaleur est utilisé pour réduire la largeur de la zone affectée thermiquement-tout en assurant la pénétration.
Sélection raisonnable des matériaux et méthodes de soudage
Correspondance des matériaux de soudage
La composition du fil de soudage doit être conforme ou similaire au métal de base, et des qualités correspondantes telles que ER Ti-6Al-4V doivent être préférées. Pour les joints qui nécessitent une ténacité élevée, une résistance légèrement inférieure et une meilleure plasticité peuvent être utilisées pour améliorer la résistance aux fissures.
Sélection de la méthode de soudage
-Soudage sous gaz inerte au tungstène (GTAW/TIG) : convient aux plaques fines, moyennes et lourdes, avec un arc stable et des soudures faciles à réaliser de haute-qualité. Le soudage TIG pulsé est recommandé pour réduire davantage l’apport de chaleur.
-Soudage à l'arc plasma (PAW) : adapté aux tôles moyennes et lourdes, avec source de chaleur concentrée et efficacité de soudage élevée. Si un mélange argon-hydrogène est utilisé, la teneur en hydrogène doit être strictement contrôlée dans une plage inférieure ou égale à 5 % pour éviter les fissures causées par l'hydrogène.
-Soudage laser/faisceau d'électrons : adapté aux composants de précision, avec une zone affectée thermiquement étroite-et une faible déformation, mais un coût d'équipement élevé, qui doit être réalisé sous vide poussé ou sous atmosphère protectrice.
Améliorer la préparation avant-le soudage et le contrôle des processus
Nettoyage et traitement des joints
Avant le soudage, la surface du joint et du fil de soudage doit être soigneusement éliminée de la surface du tartre d'oxyde, de la graisse, de l'humidité et d'autres contaminants. Les étapes suivantes sont recommandées :
- Nettoyage mécanique : utilisez une brosse métallique en acier inoxydable ou une fraise pour éliminer le film d'oxyde ;
- Nettoyage chimique : décapage avec une solution d'acide nitrique + acide fluorhydrique, puis rinçage à l'eau déminéralisée et séchage ;
- Écrémage à l'acétone ou à l'alcool.
Après le nettoyage, le soudage doit être terminé dans les 4 heures pour éviter toute pollution secondaire.
Contrôle de montage et de protection contre les gaz
L'écart d'assemblage doit être strictement contrôlé, généralement pas supérieur à 0,5 mm. Avant le soudage, le gaz est pré-déchargé pour garantir que le gaz de protection recouvre la zone de soudure et que le flux d'air soit uniforme. Des tests de fumée ou des détecteurs d'oxygène peuvent être utilisés pour vérifier l'effet de protection.
Contrôle de l'environnement de soudage
Le soudage doit être effectué dans une zone spéciale propre et sans vent, avec une humidité relative contrôlée en dessous de 60 % pour éviter que l'humidité ambiante ne pénètre dans la zone de l'arc.
Inspection et traitement après-soudage
L'inspection visuelle, le ressuage (PT) ou l'inspection aux rayons X-(RT) sont recommandés, et les tests par ultrasons (UT) peuvent être complétés pour les composants importants. Si nécessaire, un recuit sans contrainte-est effectué après le soudage, la température de recuit est généralement de 550 à 650 degrés et le refroidissement par air après isolation doit être effectué sous vide ou sous protection d'argon.
La clé de la qualité du soudage du titane réside dans le contrôle de l'ensemble du processus : depuis le nettoyage avant-le soudage, la protection contre les gaz, la gestion de l'apport thermique jusqu'à la sélection de la méthode, les spécifications du processus doivent être strictement appliquées. Grâce à une conception et à un contrôle systématiques des processus, la tendance aux fissures de soudage peut être considérablement réduite et des joints soudés fiables en alliage de titane peuvent être obtenus pour répondre aux besoins de la fabrication d'équipements haut de gamme.