Лучшие методы пайки титана и титановых сплавов

Титан и его сплавы, состоящие из таких элементов, как железо, алюминий, ванадий и молибден, обладают превосходными физико-механическими свойствами, такими как высокая прочность, высокая термостойкость и хорошая коррозионная стойкость. Они широко используются в таких высокотехнологичных областях, как химическое машиностроение, морское машиностроение, транспорт, медицина, строительство, аэрокосмическая и военная промышленность, и являются важными легкими конструкционными материалами. Среди них аэрокосмическая отрасль является важной областью последующих применений.
Титан и его сплавы являются химически активными металлами и широко используются в аэрокосмической, нефтехимической и атомной промышленности. Основными проблемами при пайке титана и его сплавов являются:
① Стабильная оксидная пленка на поверхности. Титан и его сплавы имеют сильное сродство к кислороду и легко образуют на поверхности устойчивую оксидную пленку, препятствующую смачиванию и растеканию припоя. Поэтому его необходимо удалять во время пайки.
② Сильно поглощает газы. Титан и его сплавы имеют тенденцию поглощать водород, кислород и азот в процессе нагрева, причем чем выше температура, тем сильнее поглощение, что приводит к резкому снижению пластичности и вязкости титана. Поэтому пайку следует проводить в вакууме или инертной атмосфере.
③ Легкость образования интерметаллических соединений. Титан и его сплавы могут вступать в реакцию с большинством припоев, образуя хрупкие соединения, в результате чего соединения становятся хрупкими. Поэтому припой, используемый для пайки других материалов, в принципе не пригоден для пайки химически активных металлов.
④ Структура и свойства подвержены изменениям. Титан и его сплавы при нагреве претерпевают фазовые превращения и укрупнение зерен. Чем выше температура, тем серьезнее огрубление, поэтому температура высокотемпературной пайки не должна быть слишком высокой.
Таким образом, при пайке титана и его сплавов необходимо обращать внимание на температуру нагрева пайки. Как правило, температура пайки не должна превышать 950-1000 градусов, и чем ниже температура пайки, тем меньше влияние на свойства основного материала. Для закаленных и отпущенных сплавов пайку можно проводить также при условии не превышения температуры старения.
Для предотвращения реакций окисления и поглощения кислорода и водорода в паяном соединении пайку титана и титановых сплавов проводят в вакууме и инертной атмосфере, а газопламенную пайку обычно не применяют. При пайке в вакууме или хлоре можно использовать высокочастотный нагрев, печной нагрев и другие методы, которые имеют высокую скорость нагрева и короткое время выдержки, что приводит к более тонкому слою соединения в зоне сопряжения и улучшению характеристик соединения. Поэтому необходимо контролировать температуру пайки и время выдержки, чтобы припой мог течь в зазор.
Причина, по которой пайку титана и его сплавов лучше всего проводить в вакууме и аргоне, заключается в том, что, хотя титан имеет большое сродство к кислороду, он может получить гладкую поверхность в вакууме 13,3 Па за счет растворения оксидной пленки на поверхности.
При пайке в атмосфере аргона и диапазоне температур пайки 760-927 градусов требуется аргон высокой чистоты для предотвращения обесцвечивания титана. Обычно в контейнерах для хранения хладагента используется жидкий аргон, поскольку он имеет высокую чистоту.
При пайке титана и титановых сплавов на границе раздела или в паяном зазоре часто образуются хрупкие интерметаллиды, что снижает работоспособность паяного соединения. Для улучшения характеристик паяного соединения можно использовать диффузионную сварку. Во время пайки медная, никелевая или серебряная фольга толщиной 50 мкм помещается между титановыми сплавами, которые соответственно образуют эвтектики Cu-Ti, Ni-Ti и Ag-Ti, опираясь на контактную реакцию между титаном и этими металлами. Затем эти хрупкие интерметаллиды диффундируют. Диффузионное соединение имеет относительно хорошие характеристики при определенной температуре и времени.
Кроме того, титановые сплавы с + -фазой можно использовать в отожженном, обработанном на твердый раствор или состаренном состоянии. Если после пайки требуется отжиг, доступны три схемы: пайка при температуре отжига после отжига или ниже; пайка при температуре выше температуры отжига и применение процесса сегментированного охлаждения в цикле пайки для получения структуры отжига; и пайку при температуре выше температуры отжига, а затем отжиг.