티타늄은 화학적 반응성이 매우 강합니다. 고온에서는 산소, 질소, 수소 및 탄소와 같은 불순물 원소에 대해 상당한 친화력을 갖습니다. 사용시티타늄 용접 와이어용접의 경우 열주기는 가스 흡착률을 크게 증가시킵니다. 보호 및 공정 제어가 부적절할 경우 접합부 취성 및 성능 저하가 발생할 가능성이 매우 높습니다. 그리고 용접 표면에 다양한 색상이 있음을 알 수 있습니다. 이 색상은 무엇을 나타냅니까? 함께 탐구해 봅시다.
티타늄 용접성의 기본 특성
티타늄은 용접성이 우수합니다. 열전도율은 약 0.041 Cal/(도 ・cm・s)이며, 집중된 아크열과 안정적인 용융 풀 형성을 갖추고 있습니다. 열팽창 계수는 8.6×10⁻⁶/도이며 탄소강보다 훨씬 낮아 용접 변형이 적습니다. 그러나 티타늄의 녹는점은 1668도이므로 높은 입열량이 필요합니다. 882도에서는 →상변태가 일어나며 상결정립이 급격히 성장하는 경향이 있어 접합인성이 저하된다. 용접 시 열간균열이나 입계균열이 발생하는 경향은 없으나 +티타늄합금은 기공이 발생하기 쉬우므로 열주기 및 가스보호에 대한 엄격한 관리가 필요합니다.
티타늄의 용접 성능에 대한 불순물 원소의 영향
티타늄 격자에는 산소와 질소가 격자간 고용체 형태로 매립되어 격자 뒤틀림을 일으키고 이로 인해 강도와 경도는 증가하는 반면 가소성과 인성은 급격히 감소합니다. 이것이 용접 균열의 주요 원인입니다.
수소 함량의 증가는 충격 인성을 크게 감소시키며, 수소화된 티타늄의 석출은 수소 취성을 유발합니다.
상온에서 탄소의 고용체는 소성을 감소시키고, 함량이 한계를 초과하면 TiC의 네트워크를 형성하여 균열 민감도를 증가시킨다. 국가 표준은 티타늄 합금의 탄소 함량을 0.1% 이하로 제한합니다. 용접 전 작업물 표면과 용접와이어 표면의 기름때, 산화물 스케일, 수분 등을 철저히 제거하여 탄소 및 수소 증가에 의한 오염을 방지해야 합니다.
용접 색상 및 결함 메커니즘의 진화
용접 이음매의 색상은 산화 정도에 따라 점진적으로 변합니다. 은백색(산화 없음, 보호 우수) → 황금색 노란색(TiO, 약한 산화) → 파란색(Ti2O₃, 보통 산화) → 회색(TiO2, 심한 산화).
티타늄은 400도에서 산소를 흡수하기 시작하고 600도에서 질소를 흡수하기 시작합니다. 산소와 질소의 침입은 직접적으로 산화와 질화로 이어집니다. 고온- 온도대는 산소와 질소를 지속적으로 흡착하여 취성 산화물 층과 고용 불순물을 형성하며 경도가 증가하고 가소성 및 내식성이 감소하며 색상이 진해질수록 오염이 심해지고 품질이 저하됩니다.
용접 색상 품질 평가와 기계적 특성 간의 상관 관계
용접 색상은 현장에서의 신속한 품질 평가를 위한 핵심 지표입니다.-
흰색이 가장 좋으며 산화가 짙은 황금색은 일반적으로 자격이 있습니다.
파란색 이상은 산화 정도를 나타내며, 가소성과 인성이 크게 감소합니다. 주요 구조를 평가하거나 재작업해야 합니다.
회색/회백색은 심각한 오염을 나타내며 접합부가 부서지기 쉬우므로 제거하고 다시 용접해야 합니다-.
테스트 결과 색상은 보호 효과와 오염 정도를 가장 직관적으로 나타내는 것으로 나타났습니다. 산화가 증가하면 용접 경도가 증가합니다. 산소와 질소의 고용강화와 취성이 복합적으로 작용하여 냉간균열 및 지연균열 감수성이 증가하고 노치인성이 저하된다. 따라서 색상 평가는 첫 번째 품질 관리 체크포인트이며 내부 품질을 확인하기 위해 비파괴 검사와 결합되어야 합니다.-
티타늄 용접의 주요 공정 및 품질 관리 포인트
용접 공정은 용융 풀과 400도 이상의 고온 영역에 대해 전체-아르곤 보호 공정을 사용하여 수행되어야 합니다. 아르곤 순도는 99.99% 이상이고 이슬점 온도는 -60도 이하여야 합니다. 용접 와이어의 수소 함유량은 0.002% 이하여야 합니다. 난류의 침입을 방지하기 위해 3가지{10}}일체형 보호 방식(용접 토치 노즐, 드래그 커버, 뒷면 아르곤 충진)을 채택했습니다. 홈은 기계적으로 가공되어 있으며 연삭이 금지되어 있습니다. 점용접을 피하기 위해 고주파 아크 개시가-선호됩니다. 결정 성장을 억제하려면 열 입력과 고온 유지 기간을 엄격하게 제어해야 합니다.- 일반적으로 용접 후 열처리는 수행되지 않습니다. 필요한 경우 2차 오염을 피하기 위해 온도는 650도보다 낮아야 합니다.
티타늄 용접 이음새의 색상은 본질적으로 고온 보호의 효율성과 불순물 오염 정도를 시각적으로 나타내는 지표로, 접합부의 기계적 특성과 신뢰성을 직접적으로 반영합니다. 엔지니어링 응용 분야에서는 은색-흰색 또는 황금색-노란색이 적격 표준으로 간주되며, 파란색 이상의 색상은 사양에 따라 처리해야 합니다. 가스 보호, 표면 정화, 열 입력 제어 및 도구 보호의 실행을 조정해야만 산화 및 오염을 근본적으로 효과적으로 억제할 수 있으며 고성능-성능의 티타늄 용접 조인트를 안정적으로 얻을 수 있습니다.