異種金属を溶接した耐摩耗プレート

異種金属を溶接した耐摩耗プレート
異種金属溶接は、そのさまざまな特性から多くの産業分野で利用されており、高度なものづくりにおいてますます重要な役割を果たしています。 チタンを耐摩耗板と溶接する場合、チタン Ti 耐摩耗板構造は、耐摩耗板の良好な溶接性、耐摩耗性、低コストと、チタン合金の低密度および良好な耐摩耗性を組み合わせることができます。性能と経済性において 2 つの材料の相補的な利点を最大限に発揮します。 したがって、耐摩耗プレートとチタン合金の異種溶接は、化学、航空、原子力産業で広く使用されています。 しかし、耐摩耗板とチタン合金の物理的・化学的性質の違いにより、溶接界面に脆い金属間化合物が多量に生成しやすく、高品質な溶接結果が得られません。 したがって、従来の溶融溶接プロセスは、耐摩耗性プレートとチタン合金の異種溶接には適していません。 爆発溶接はチタン鋼複合耐摩耗板での使用に成功していますが、特定の形状のワークピースにのみ適しており、広く使用するのは困難です。

現在、チタン合金と耐摩耗板の異種金属溶接の主な溶接方法は拡散溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接です。 レーザー溶接と電子ビーム溶接には、急速加熱と冷却、幅に対する溶接深さの比が大きいという利点があり、異種金属の溶接における脆性化合物の形成に優れた効果をもたらします。 拡散溶接は温度勾配が小さいため、ニアネット接合プロセスであり、より均一な構造を得ることができます。

まずは拡散溶接

拡散溶接とは、高温かつ一定の圧力下で接触面のクリープと拡散により接合面の気孔を塞ぎ、2つの面を接合する溶接方法です。 耐摩耗板とチタン合金の直接拡散溶接は、主に温度と時間の適切なマッチングにより、より高い溶接品質が得られます。 最適な温度は一般に900度±50度、時間は30〜60分で、界面の細孔が閉じられ、Fe-Ti化合物の厚さが薄くなります。 圧力は5MPa程度ですが、高すぎると接合部の残留応力が大きくなります。 σ相、Fe2Ti、FeTiは耐摩耗板とチタン合金を拡散溶接する際に生成しやすい化合物です。 Ni や Cu などの中間層を追加することで Fe と Ti 元素の直接接触を回避でき、脆性の低い Ni-Ti 相や Cu-Ti 相を形成することで Fe-Ti 化合物相を低減または抑制でき、ある程度の関節強度はあります。 中間層にAgを使用すると延性接合が得られますが、コストが高くなります。

第二に、電子ビーム溶接

電子ビーム溶接の原理は、加速され集束された電子ビームを真空または非真空に置かれた溶接部に照射することによって生成される熱エネルギーを使用することです。 エネルギー密度が高く、冷却速度が速く、制御性が良いという特徴があり、溶融池の大きさや2つの金属の融合比率を制御することができます。 独自のメリットを持った異材溶接法です。 しかし、耐摩耗板とチタン合金を電子ビーム溶接で直接溶接すると、溶接部に多量のFe-Ti化合物が生成し、接合部を損傷することができません。 脆性相の生成を効果的に抑制し、固溶体を形成して溶接継手の強度と靭性を向上させるには、CuおよびCU-V複合中間層を使用する必要があります。 これに基づいて、パワー密度、ビーム電流、溶接速度を調整して入熱を制御し、オフセットを変更することで適切な熱分布を実現し、溶接品質をさらに向上させます。

3、レーザー溶接

レーザー溶接は、金属表面に高強度のレーザービームを照射し、レーザーと金属の相互作用により金属を溶かし、溶接を形成します。 耐摩耗板とチタン合金の異種金属溶接では、レーザー溶接は電子ビーム溶接に比べて加熱冷却速度が速く、バイアスビームを使用することである程度の強度を持った直接溶接継手が得られますが、強度が低く、質量変動が大きい。 中間層にCuを用いることにより、電子ビーム溶接と同様の溶接結果が得られます。