ارزیابی کیفیت جوش تیتانیم

قبل از اجرای جوش، روش ها و فرایندها باید به دقت ارزیابی شوند. برای ساخت مخازن تحت فشار، باید به قسمت IX از کد ASME بخش Boiler and Pressure Vessel مراجعه شود. در این مرجع، مراحل، جزئیات و بازرسی هایی که باید رعایت شوند، ذکر شده است.

اجرای تست کشش و خمش روی جوش های آزمایشی، از معیارهای پذیرش است. همچنین ممکن است تست ضربه یا برش (notch) کششی مورد نیاز باشد. به ویژه برای کاربردهایی که برای دماهای پایین مد نظر هستند. هنگامی که جزئیات و روش های خوب شناسایی شد، باید در جوشکاری های بعدی دقیقاً دنبال شوند.

تست خمش

تست خمش، شکل پذیری را ارزیابی می کند. برای این تست از یک نمونه خمشی که در آن جوش به صورت عمود بر محور خمش قرار گرفته است، استفاده می شود. این نمونه اطمینان خوبی از اعمال کرنش یکنواخت بر فلز جوش و مناطق تحت تأثیر گرما (HAZ) حاصل می کند. از این رو نتایج قابل اعتمادتری به دست می دهد. جدول زیر شعاع خم جوش برای آلیاژهای مختلف تیتانیوم آورده شده است. جوش های با کیفیت، قابلیت خم شدن تا شعاع مشخص را بدون ایجاد ترک دارا هستند.

کنترل ظاهر و رنگ جوش

همان طور که گفتیم، یکی از مشکلات اصلی در جوشکاری تیتانیوم، آلودگی به دلیل محافظت ناکافی است. رنگ جوش ها می تواند به عنوان شاخصی از اثر محافظتی و به طور غیر مستقیم کیفیت جوشکاری لحاظ شود.از این رو، کیفیت یک جوش تیتانیوم تک پاسه، به راحتی برای جوشکار و هر بازرس آشکار است. رنگ جوش، نشان دهنده میزان قرار گرفتن جوش در معرض اکسیژن (هوا) در دمای بالا است. یک جوش با درخشش فلزی نقره ای را می توان به عنوان یک جوش خوب در نظر گرفت. البته به شرطی که منطقه اتصال کاملا تمیز بوده و از تکنیک های خوبی پیروی شده باشد.

تست ظاهر و رنگ جوش تیتانیوم

وجود رنگ های دیگر، همان طور که در جدول زیر نشان داده شده است، نشان دهنده آلودگی جوش بوده و طبیعتا نیاز به توجه دارند.

اندازه گیری سختی

از اندازه گیری سختی جوش و مقایسه با فلز پایه نیز بعضاً به عنوان شاخص کیفیت جوش استفاده می شود. به طور معمول، در یک ترکیب شیمیایی یکسان، سختی جوش آلوده در مقایسه با فلز پایه، بیشتر از 30 واحد نخواهد بود.این 30 واحد در مقیاس های سختی نوپ، ویکرز و برینل صدق می کند. باید توجه کرد که اختلاف در ترکیب شیمیایی، حتی بدون آلودگی هم می تواند این معادله را برهم بزند. کد ASME پیشنهاد می کند اگر سختی فلز جوش تیتانیوم بیش از 40 BHN بیشتر از سختی فلز پایه باشد، وجود آلودگی بیش از حد امکان پذیر است.

تست سختی سنج

در شرایطی که تفاوت قابل توجهی در سختی وجود داشته باشد، به حذف ناحیه فلز جوش آسیب دیده نیاز خواهد بود. این کد در ادامه بیان می کند که تمام جوش های تیتانیوم باید توسط تست مایع نافذ (PT) مورد بررسی قرار گیرند. علاوه بر این، اجرای تست رادیوگرافی (RT) نیز برای بسیاری از اتصالات تیتانیم لازم است.

جوش مقاومتی

روش های جوشکاری نقطه ای مقاومتی (RSW)، جوشکاری درزی یا نواری (Seam Welding) و جوشکاری لب به لب (Butt Welding) به همان روشی که برای سایر فلزات انجام می شود، برای تیتانیوم نیز قابل اجراست.همانند جوشکاری قوسی، توجه دقیق به تمیزی سطوح فلزی و محافظت از اتصال و مناطق HAZ حائز اهمیت است. آماده سازی تیتانیوم برای جوشکاری نقطه ای یا درزی مانند فلزات دیگر است. سطح باید تمیز و بدون بقایای اکسیدی یا فلزی، کثیفی، رنگ، چربی و روغن باشد.

محافظت از طریق گاز خنثی، برای جوش های نقطه ای و درزی مقاومتی اغلب مورد نیاز نیست. پارامترهایی مانند مجاورت سطوح اتصال، زمان بسیار کوتاه جوش مقاومتی و اعمال فشار، همه به حذف هوا از جوش کمک می کند.اگر پس از جوشکاری مقاومتی، رنگ های آبی، خاکستری یا سفید روی سطح تیتانیوم ایجاد شود، ممکن است به تغییر پارامترهای جوش یا تأمین محافظت از طریق گاز خنثی نیاز باشد.

تجهیزات و پارامترهای جوشکاری مقاومتی تیتانیم، با شرایط جوش فولاد ضد زنگ آستنیتی یکسان است. تمام مراحل کنترل کیفیت که ذکر شد، اینجا نیز باید اجرا شود.اساس کار این روش جوش، از این قرار است که جریان الکتریسته در قطعه کار، باعث ایجاد قوس و مقاومت الکتریکی می شود. این موضوع سبب می شود دما تا نزدیکی نقطه ذوب افزایش یابد. در دمای مناسب، سطوح اتصال با اعمال نیرو به هم متصل می شوند. فلز مذاب و مومسان نیز از حد فاصل خارج می شود.

جوشکاری مقاومتی تیتانیوم

تاکنون جوشکاری های موفقی از این روش در هوای آزاد انجام شده است. با این حال، برای اتصالات بسیار حساس، به محافظت گاز خنثی نیاز است. از روش جوشکاری لب به لب مقاومتی، برای اتصال تیتانیم به فلزات غیر مشابه مانند آلیاژهای مس، فولادهای آلیاژی و ضد زنگ و همچنین سایر آلیاژهای تیتانیوم استفاده می شود.

لحیم کاری تیتانیوم

چندین روش لحیم کاری برای تیتانیوم قابل استفاده است. روش هایی نظیر لحیم کاری القایی، لحیم کاری مقاومتی و لحیم کاری کوره ای در اتمسفر آرگون یا در خلأ.لازم به ذکر است که لحیم کاری مشعلی (Torch brazing) برای تیتانیوم قابل استفاده نیست. از آن جا که تکنیک های لحیم کاری، پتانسیل آلودگی سطوح تیتانیوم را دارند، اینجا نیز تمیز کاری مهم است. حتی در صورت لزوم ممکن است به محافظت از طریق اعمال گاز آرگون یا هلیوم نیاز باشد.آلیاژهای تیتانیوم که برای لحیم کاری این فلز به خود یا سایر فلزات استفاده می شود عبارتند از:

• آلیاژهای پایه تیتانیوم
• آلیاژهای پایه نقره
• آلیاژهای پایه آلومینیوم

برای لحیم کاری با استفاده از آلیاژ پایه تیتانیوم، به دمای 927 درجه سلسیوس نیاز است. در حالی که آلیاژهای پایه نقره به دمای 899 درجه و پایه آلومینیوم به 593 تا 677 درجه سلسیوس نیاز دارد.اگر مقاومت در برابر خوردگی مهم باشد، قبل از استفاده باید آزمایشاتی شامل شرایط واقعی روی اتصالات لحیم کاری انجام شود. گزارش شده است که لحیم کاری با آلیاژ پایه تیتانیوم، مقاومت بالاتری در برابر خوردگی جوی و محیط های نمکی دارد.