توضیحات

جوشکاری تیتانیوم

تیتانیوم در سال ۱۹۳۸ توسط W.J. kroll در آمریکا کشف شد. تیتانیوم فلزیست به رنگ سفید نقره‌ای و بسیار سبک است و پس از پولیش نمودن، رنگ فولادی پیدا می‌نماید. تیتانیوم و آلیاژهای آن به علت داشتن خواص خوب و مقاومت در مقابل خوردگی و فرسایش موارد استفاده زیادی در صنایع نظامی و هوافضا و نیروگاههای هسته‌ای و کشتی‌سازی و صنایع دریائی و پتروشیمی کاربرد دارد.

از جمله در ساخت بدنه و اجزای هواپیماها، وسایل حمل و نقل، لوازم جراحی، ظروف مورد استفاده در آزمایشگاه‌های شیمی و دیگر وسایل مقاوم به خوردگی کاربرد دارد. مهمترین ویژگی تیتانیوم، نسبت استحکام به

وزن آن است که نسبت به سایر فلزات سبک بسیار عالیست. تیتانیوم استحکامی معادل فولادهای زنگ نزن دارد در حالی که وزن آن، ۳/۱ این فولادها است. خاصیت مهم دیگر تیتانیوم مقاومت به خوردگی و سایش بالای

آن به ویژه در محیط‌های دریایی است. هیچ یک از نمک‌های فلزی، کلرورها، هیدروکسیدها، اسیدهای نیتریک و کرمیک، و نیز اسیدهای آلی مانند اسید استیک و آب‌های شور، قادر به خوردگی تیتانیوم نیستند. به علت مقاومت در مقابل آب دریا امروزه جایگزین آلیاژهای نیکل و مس از نوع ۷۰% نیکل و ۳۰% مس شده است.

محصولات تولیدی فلز مزبور و آلیاژهای آن بصورت لوله (Pipe) و ورق (Plate) می‌باشد که پلیت یا ورق جهت ساخت و تولید مخازن مواد شیمیایی و لوله در داخل دریا جهت انتقال مواد شیمیائی مورد استفاده قرا می‌گیرد. جهت اتصال لوله‌ها به هم دیگر و همچنین ساخت مخازن نیاز به جوشکاری می‌باشد.

 ۶۰صفحه فایل ورد (Word) فونت ۱۴ منابع دارد  

پس از پرداخت آنلاین میتوانید فایل کامل این پروژه را دانلود کنید

تیتانیوم از احیا تتراکلرید تیتانیوم در درجه حرارت ۸۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد بوسیله منیزیم یا سدیم در محیط آرگون بدست می‌آید. تیتانیوم احیا شده، بصورت فلز خالص تیتانیوم، مجدداً در خلا ذوب شده و سپس مورد استفاده قرار می‌گیرد. فلز تیتانیوم خالص جز مواد آلتروپ می‌باشد.

تیتانیوم خالص دارای استحکام کمی بوده که استحکام آن برا…………………..یاد نسبی طول آن برابر ۵۰ می‌باشد. تیتانیوم تجارتی بعلت داشتن عناصر آلیاژی استحکامی برابر ۷۰۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع را دارا می‌باشد و نقطه ذوب آن ۱۷۲۵ درجه سانتی‌گراد و مقاومت به خوردگی آن نیز عالی است. وقتی تیتانیوم خالص از مذاب تبدیل به جامد می‌گردد از ۱۷۲۵ درجه سانتی‌گراد دارای ساختار کریستالی از نوع مکعب مرکزدار B.C.C می‌باشد که آنرا تیتانیوم  یا فاز  می‌نامند و از ۸۸۲ درجه سانتی‌گراد ت……………………یتانیوم دارای فاز  و از C ^O 882 تا C ^O 1725 فاز  بوده، به این جهت این فلز را آلتروپ می‌نامند.تیتانیوم فلزیست غیرمغناطیسی با قابلیت کشش بسیار عالی و ساختار B.C.C. دیگر خواص فیزیکی- مکانیکی و متالورژیکی تیتانیوم به قرار زیر است.

حضور عناصر آلیاژی از قبیل اکسیژن، نیتروژن، آلومینیوم و کربن، به همراه تغییر درجه حرارت، در تیتانیوم تغییر ساختار کریستالی ایجاد می‌کند. ساختار کریستالی تیتانیوم در دمای اتاق تا حدود C ^O 882 به صورت (C.P.H) H.C.P است اما از این درجه حرارت به بالا، ساختار BCC تغییر شکل می‌دهد. همان‌طوری که گفته شد، وجود عناصری مثل اکسیژن، نیتروژن، آلومینیوم و کربن، درجه حرارت این استحاله فازی را افزایش می‌دهد و همچنین سختی و استحکام آلیاژ تیتانیوم را افزایش و انعطاف‌پذیری آن را کاهش می‌دهد.

۱-۱- آلیاژهای تیتانیوم:

برحسب ساختار کریستالی که هر آلیاژ تیتانیوم در دمای محیط پیدا می‌کند، این آلیاژها را به چهار گروه تقسیم می‌کند:

۱) آلیاژهای ، ۲) ، ۳) – و ۴) تیتانیوم خالص تجاری با ساختمان کریستالی H.C.P

آلیاژهای تیتانیوم قابلیت ماشین‌کاری و چکش کاری خوبی دارد و در برابر حرارت عکس‌العمل نشان داده و در مقابل زنگ‌زدگی مقاوم می‌باشد. البته این وضعیت در درجه حرارت معمولی فوق‌العاده بالاست و حقیقتاً آنها در برابر هوازدگی محفوظ هستند و همچنین در محیطهای دریائی و صنعتی نشان‌دهنده چندین نوع از آلیاژها با مشخصات و بکارگیری خاص آنها می‌باشد.

۱-۱-۱- تیتانیوم خالص تجاری:

تیتانیوم خالص تجاری بسته به غلظت آلیاژی به چهار نوع تقسیم می‌شوند

۲-۱-۱- آلیاژهای آلفا ():

آلیاژهای آلفا آلیاژهای تک فازی هستند که در دمای محیط دارای ساختار H.C.P بوده و ساختمان آنها با ساختمان تیتانیوم خالص یکسان است. این آلیاژها معمولاً دارای مقادیری آلومینیوم هستند. خصوصیات ویژه آلیاژهای آلفای تیتانیوم، استحکام، سختی و مقاومت به خوردگی آنها به ویژه در فاصله حرارتی C ^O 315 تا C ^O  ۵۹۵ است. آلیاژهای مهم آلفا عبارتند از:

Sn 5/2- Al 5- Ti، Mo 2- Zr 4- Sn 5/2- Al 6- Ti، V 1- Mo 1- Al 8- Ti و Mo 1- Ta 1- Cb 2- Al 6………………ز واحد  که دارای آلومینیوم است می‌توانند از طریق کارهای سرد، استحکام پیدا کنند و معمولاً در وضعیت آنیل شده قابل جوشکاری‌اند.

۳-۱-۱- آلیاژهای بتا ():

در این آلیاژها، اغلب درصد بالایی از عناصر پایدار کننده فاز  از قبیل وانادیوم، کروم و اندکی آلومینیوم وجود دارد. ساختار این آلیاژها همان طور که گفته شد به صورت B.C.C بوده، از استحکام و سختی در اثر عملیات حرارتی بعدی برخوردارند. آلیاژهای  در هر دو حالت آنیل شده و پیرسخت، قابل جوشکاری‌اند، اما بهتر……………………………..

-۱- نکات مفهومی و کلیدی فصل:

تیتانیوم بصورت عنصر آلیاژی درحد پائین به فولادهای ساختمانی در شکل فرو تیتانیوم به مذاب فولادی آن اضافه می‌گردد که تیتانیوم آلیاژی استحکام فولاد را بالا برده و آنرا در مقابل خوردگی جوی مقاوم می‌نماید. چون فلز تیتانیوم کاربید قوی در فولادها ایجاد می‌نماید بدین جهت در فولادهای زنگ نزن برای قابلیت جوشکاری این نوع فولادها (آستنیت ۱۸-۸) از جنس ۳۰۴ L، ۳۰۸ L و ۳۱۶ L به مقدار % C * Ti 25 (بصوریکه ۰٫۰۵  C) افزوده می‌شود.

تیتانیوم با فلزاتی مانند کرم و مولیبدن و وانادیوم و قلع آلیاژ شده و عناصری مانند کرم و آهن و مولیبدن که خود دارای ساختار کریستالی از نوع B.C.C هستند فاز  یا تیتانیوم  را تثبیت یا پایدار نموده و باعث سخت‌شدن آن می‌گردند که سختی تیتانیوم  در این حالت بیشتر از سختی تیتانیوم از نوع  می‌باشد. فاز  دارای قابلیت آهنگری جوبی می‌باشد و همچنین فاز + براحتی در محدوده فاز بتا قابلیت گرم کاری ……………………..

فصل دوم:

بررسی مبانی و اصول جوشکاری تیتانیوم و آلیاژهای آن:

قابلیت جوشکاری آلیاژهای آلفا- بتا تیتانیوم نسبتاً خوب بوده ولی در منطقه HAZ انعطاف‌پذیری کاهش می‌یابد. به همین دلیل باید از جوشکاری نفوذی آلیاژهای گفته شده تا جای ممکن خودداری کرده و آنها را جوش سطحی و نقطه جوش داد.

اغلب آلیاژهای تیتانیوم را می‌توان با فرآیندهای جوشکاری GTAW, GMAW, PAW, LBW, EBW, FRW, RW به یکدیگر اتصال داد. تیتانیوم و آلیاژهای آن در درجه حرارت‌های حدود C ^O 540 مجدداً فعال می‌شود. همان‌طور که قبلاً گفته شد، تیتانیوم خالص و آلیاژهای آلفا تیتانیوم کاملاً جوش‌پذیرند، هرچند آلیاژهای  تیتانیوم و آلفا- بتا نیز تا حدودی جوش‌پذیر هستند. آلیاژهای آلفا- بتای تیتانیوم مثل Ti- 6 Al- 4 V را می‌توان در حالت آنیل شده یا تحت عملیات محلول قرار داد، و در بعضی موارد در حالت پیرسخت شده نیز جوشکاری نمود. اما پس از جوشکاری، حتماً باید تحت ی………………………….

-۲- تخلخل در جوشکاری:

وجود تخلخل در جوش تیتانیوم یکی از مشکلات است به نظر می‌رسد دقیقاً بیشتر از همه و اگر بیشتر هم نباشد گازهای حبابی شکل در موقع جامد شدن جوش ایجاد تخلخل می‌کند. ثابت شده روش‌های جوشکاری و تکنیکهای آن می‌تواند تأثیری بر روی تخلخل ایجاد کند و به نظر می‌رسد تنها یک مورد در بوجود آوردن جوشهای عادی از تخلخل می‌تواند باشد.

هیدروژن قابل حل در فلز است و این باعث پدید آمدن تخلخل می‌شود اگر میزان آن درحد معمولی باشد قابل قبول خواهد بود. بسیاری …………………

-۲- از بین بردن تنش (تنش‌زدائی):

ممکن است در جوشکاری‌های پیچیده تنش‌زدائی ضروری باشد جهت جلوگیری از ترک خوردن یا وضعیتهای ناخواسته دیگر از تنش پس ماند. در بعضی از آلیاژهایی که در آنها S.C.C به وجود می‌آید تنش‌های باقی مانده از جوشکاری …………………..

-۲- تدابیر لازم برای جوشکاری آلیاژهای گوناگون تیتانیوم:

۱- قبل از جوشکاری باید سطح قطعه کار را تا فاصله mm 25 از هر دو طرف خط جوش، از هرگونه آلودگی چربی ………………

د) تمیزکاری پس از جوشکاری:

عملیات نهائی تمیزکاری تیتانیوم جوش داده شده مربوط به نحوه استفاده محصول دارد. معمولاً هر نوع رنگ یا پوسته که در روی جوش یا منطقه HAZ باشد تمیز می‌کنند. بسیاری از سازندگان روشهای مکانیکی تمیز کردن مثل سمباده زدن (سنگ زدن) یا پولیش کردن بکار می‌برند و روشهای شیمیایی هم برای ……………

-۲- خواص مکانیکی:

خواص مکانیکی اتصال جوش کاری به شدت تحت تأثیر خلوص گاز محافظ می‌باشد. لذا گاز محافظ باید کاملاً خشک باشد تا در صورت اضافه شدن مقداری رطوبت ناشی از تجهیزات مجاور منطقه جوشکاری، مشکلی ایجاد نشود.

در کاربردهای بحرانی علت اینکه تیتانیوم در دمای بیش از ۴۸۰ درجه سانتی‌گراد در مقابل تردی ناشی از اکسیژن و نیتروژن و هیدروژن بسیار حساس می‌باشد. به همین منظور محل اتصال باید تا سرد شدن کامل در زیر دمای ۴۸۰ درجه سانتی‌گراد تحت حفاظت و بازرسی قرار گیرند. این بازرسی یا از طریق ……………………

-۲- رنگ جوشکاری:

رنگی از یک جوش انجام شده نمایانگر وضعیت حفاضت متوسط و میزان درجه آلودگی جوش می‌باشد. رنگ نقره‌ای نشان‌دهنده خوب بودن عمل محافظ است. شاید گاهی اوقات این نوع جوش کثیف باشد:

۱-                     اگر گاز محافظ مورد استفاده ناخالصی داشته باشد.

فلز مورد جوشکاری ……………….

فصل سوم:

سیم جوشها و الکترودهای جوشکاری تیتانیوم و آلیاژهای آن:

اغلب آلیاژهای تیتانیوم را می‌توان با فرآیندهای جوشکاری MIG, TIG و پلاسما به یکدیگر اتصال داد. برای جوشکاری ورقهای آلیاژ تیتانیوم ضخیم تر از mm 5/2 در فرآیند TIG و ضخیم تر از mm 10 در روش پلاسما (PAW) به مفتول پرکننده نیاز است. براساس استاندارد AWS, SFA-5.16 سال ۱۹۹۰ سیزده نوع مفتول جوشکاری معرفی شد  به بررسی آنالیز هر یک پرداخته می‌شود.

قبل از بررسی سال ۱۹۹۰ اولین بار سیم جوشها جهت جوشکاری تیتانیوم و آلیاژهای آن در لیست AWS A5-16 در سال ۱۹۷۰ ……………….

لف- مشخصات فنی تیتانیوم:

مشخصات سیم‌جوشها و الکترودهای جوشکاری تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم برای همگامی با نیازهای جاری صنعت توسط AWS بازنگری شده است. عمده‌ترین تغییرات سال ۲۰۰۴ نسبت به بازنگری سال ۱۹۹۰ بشرح زیر است:

برای جوشکاری …………………..

فصل چهارم:

روشهای جوشکاری تیتانیوم و آلیاژهای آن:

یکی از معیارهای مهم پذیرش جوش، تولید جوشهایی عاری از عیب می‌باشد. زیرا عیوب، عملکرد قطعه جوش داده شده در سرویس را به شدت تحت تأثیر قرار می‌دهند.

– حفاظت ناحیه جوش در جوشکاری تیتانیوم از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. فرآیندهای جوشکاری ذوبی ………………………..

– جوشکاری TIG:

آلیاژهای تیتانیوم با ضخامت حداقل mm 5/0 را می‌توان با فرآیند TIG جوشکاری کرد. برای این منظور، استفاده ……………..