구리,티탄, 티타늄 합금은 산업 분야에서 널리 사용되는 구조용 금속 재료입니다. 두 재료 모두 우수한 기계적 특성과 내식성을 갖고 있으며, 고급 장비, 화학 처리 장비, 정밀 제조-와 같이 서로 다른 재료를 포함하는 복합 구조-에 대한 적용이 계속해서 증가하고 있습니다. 그러나 구리와 티타늄은 결정 구조, 녹는점, 열전도율, 선팽창계수, 화학적 특성이 크게 다릅니다. 용접이 어려운 이종 금속의 전형적인 조합으로 용접 공정상 기공, 균열, 기계적 성질 저하 등의 결함이 발생하기 쉽습니다. 이 문서에서는 구리-티타늄 이종 재료 용접과 관련된 과제를 체계적으로 분석하고 주류의 성숙한 용접 공정에 대한 작업 핵심 사항 및 매개변수 표준에 대한 자세한 설명을 제공합니다.
I. 구리-티타늄 이종 금속 용접의 주요 과제
구리와 티타늄은 물리적, 화학적 특성이 크게 다른 금속입니다. 용접 야금 공정은 복잡하고 호환성이 매우 낮아 결함 발생률이 높으며, 이는 주로 다공성, 용접 균열 및 접합 특성 저하의 세 가지 주요 문제로 나타납니다.
1. 저-융점-공융 물질로 인한 입계 균열: 비스무트, 납, 황, 산소 등 구리의 불순물 원소는 구리와 함께 다양한 저-융점-공융상을 형성합니다. 여기에는 270도에서 구리-비스무트 공융, 326도이고 구리-산화구리(I) 공융은 1067도입니다. 이러한 저-융점-구조는 결정입계에 분포하며 용접 냉각 과정에서 입계 취성 균열을 일으키기 쉽습니다.
2. 티타늄 측의 수소 취성 균열: 티타늄은 고온에서 수소를 흡수한 후 부서지기 쉬운 플레이크-와 같은 티타늄 수소화물 구조를 형성하여 심각한 수소 취성을 초래합니다. 이는 티타늄 측 접합부의 인성을 크게 감소시키고 균열 결함을 유발합니다.
3. 열응력 집중 균열: 구리와 티타늄의 선팽창 계수는 2배 이상 다릅니다. 용접이 가열되고 급속 냉각되는 동안 두 모재는 서로 다른 속도로 수축 및 변형되어 접합부 내에 상당한 잔류 용접 응력이 발생하고, 이는 궁극적으로 용접부와 열 영향부에 균열이 발생하게 됩니다-.
II. 구리 및 티타늄 합금의 주류 및 성숙 용접 공정
서로 다른 구리-티타늄 재료의 용접 결함 문제를 해결하기 위해 업계에서는 광범위한 공정 시험을 수행했으며 진공 확산 용접, TIG 용접, 플라즈마 아크 용접, 브레이징 및 전자빔 용접이 모두 안정적인 용접을 달성하여 탁월한 기계적 특성과 제어 가능한 결함을 갖춘 접합부를 생성할 수 있음을 검증했습니다. 그 중 진공확산용접과 TIG용접은 산업현장에서 가장 널리 활용되는 핵심공정이다.
(1) 진공 확산 용접(고정밀도에 선호되는 공정) 진공 확산 용접은 용융 야금 공정을 포함하지 않으며 산화-되지 않은 접합, 미적으로 아름다운 마감, 최소 결함 및 안정적인 성능의 장점을 제공합니다. 이는 정밀 구리-티타늄 이종 부품 용접에 선호되는 공정이며 고급 정밀 부품 생산에 적합합니다.-
1. 용접 전-모재 전처리 - 구리(T2 순동) 처리: 트리클로로에틸렌을 사용하여 오일 및 불순물 표면을 철저히 세척합니다. 10% 황산 용액에 1분간 에칭합니다. 증류수로 철저히 헹구십시오. 그런 다음 어닐링을 수행하십시오. 어닐링 온도를 820~830도 사이로 조절하고 10분간 유지하여 모재 내부 응력 제거. -티타늄(GR2 순수 티타늄) 처리: 탈지 및 트리클로로에틸렌으로 세척한 후 2% 불화수소산, 50% 질산 수용액에서 4분간 진동 에칭을 실시하여 표면 산화물층을 철저하게 제거합니다. 마지막으로 물과 알코올로 순차적으로 헹구고 공기-로 건조시켜 따로 보관해 둡니다.
2. 핵심 용접 공정 매개변수: 전처리된 구리 및 티타늄 모재를 정밀하게 조립하고 진공 용접로에 넣어 가공합니다. 표준 공정 매개변수: 용접 온도 810도 ± 10도, 용접 압력 5~10MPa, 압력 유지 시간 10분, 진공 수준은 1.3332 × 10⁻⁸ 및 1.3332 × 10⁻⁹ MPa 사이에서 안정적으로 유지됩니다. 프로세스는 유연하게 최적화될 수 있습니다. 부서지기 쉬운 금속간 화합물의 형성을 더욱 억제하고 접합 성능을 향상시키기 위해 중간 확산층으로 니오븀을 추가할 수 있습니다. 특별한 성능 요구 사항이 없는 경우 직접 용접도 가능하며 용접 후 접합 표면을 미세하게 청소합니다.
(II) 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접(산업 일반-목적의 고{1}}효율 공정) TIG 용접은 조작이 쉽고 적응성이 뛰어나 중{2}}~대형-크기의 구리-티타늄 복합 부품의 일괄 생산에 적합합니다. 소모품과 공정을 최적화함으로써 용접 결함을 효과적으로 방지할 수 있습니다. 세륨-텅스텐 전극은 용접에 선호되는 선택입니다. 기존 텅스텐 전극에 비해 안정적인 아크 발생과 집중적인 열 입력을 제공하여 용접 비드 형성 품질을 향상시킬 뿐만 아니라 환경 친화적이고 무독성이라는 장점도 제공합니다.- QCr0.5 크롬{11}}구리 합금과 TC2 티타늄 합금의 이종 용접에 대한 업계 표준 솔루션은 니오븀을 전이 완충층으로 사용하여 구리와 티타늄 사이의 직접적인 반응을 방지하는 것입니다. 99.8% 고순도 아르곤 가스 차폐 기능과 결합하여 산화, 다공성 및 부서지기 쉬운 미세 구조의 형성을 효과적으로 억제하여 궁극적으로 기계적 및 내식성 요구 사항을 충족하는 고품질 용접 조인트를 생성합니다.
물리적 및 화학적 특성의 상당한 차이로 인해 서로 다른 구리 및 티타늄 합금을 용접하면 높은 다공성 발생률, 균열 민감도 및 접합부 취성이라는 세 가지 주요 기술 과제가 발생합니다. 핵심 문제는 고온-가스 흡수, 낮은-융점-공융 물질 형성, 부서지기 쉬운 금속간 화합물의 석출 및 용접 응력 집중에 있습니다. 실제 산업 생산에서 진공 확산 용접은 접합 안정성과 성형 정확도를 보장하기 위해 고정밀 부품에 선호되는 방법입니다.- 기존 산업 부품의 경우 생산 효율성과 용접 품질의 균형을 맞추기 위해 최적화된 프로세스의 TIG 용접을 선택할 수 있습니다. 표준화된 비금속 전처리, 용접 매개변수의 정밀한 제어, 전이층 재료의 적절한 선택을 통해 구리-티타늄 이종 용접의 결함을 효과적으로 해결하여 이 두 가지 고성능 재료의 복합 적용을 가능하게 하고 구조적 및 기능적 장점을 최대한 활용할 수 있습니다.
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