روش های جوشکاری برای تیتانیوم - سیم آلیاژ نیکل و سیم استیل ضدزنگ

در دستگاه پزشکی ، هوافضا و صنایع سازهای دقیق ساز ، کاربرد ترکیبی از سیم آلیاژ نیکل-} سیم آلیاژ نیکل و سیم از جنس استنلس استیل در حال تبدیل شدن به یک فناوری کلیدی برای فشار دادن مرزهای عملکرد مواد است. تیتانیوم - آلیاژهای نیکل ، با اثر حافظه شکل منحصر به فرد و سوپرلاستیک بودن آنها و سیم از جنس استنلس استیل ، که به دلیل مقاومت بالا و مقاومت در برابر خوردگی شناخته شده است ، عملکرد مکمل را ارائه می دهد. با این حال ، تفاوت معنی داری در ضرایب انبساط حرارتی آنها ، ساختارهای کریستالی و خصوصیات شیمیایی چالش های جوشکاری مانند ترک خوردگی حرارتی و تشکیل ترکیبات بین فلزی شکننده را نشان می دهد.

مشکلات جوشکاری و چالش های اصلی

غلظت استرس ناشی از تفاوت در خصوصیات بدنی

ضریب انبساط حرارتی تیتانیوم - آلیاژ نیکل 10 11.2 × 10 درجه در درجه است ، در حالی که از جنس استنلس استیل 10 × 10 16/ درجه/ درجه است ، اختلاف 33 ٪. در طی فرآیند خنک کننده ، تنش های حرارتی به راحتی در رابط جمع می شوند و منجر به شروع ریزگردها می شوند. داده های تجربی نشان می دهد که در آزمایشات کششی اتصالات جوش داده شده بهینه نشده ، شکستگی اغلب در منطقه آسیب دیده- متمرکز می شود و مقاومت کششی کمتر از 60 ٪ از مواد والدین است.

محدودیت های سازگاری شیمیایی

تیتانیوم - آلیاژهای نیکل و فولاد ضد زنگ به راحتی ترکیبات بین فلزی مانند Fe - ti و ni {{2} ti را در دماهای بالا تشکیل می دهند. این مراحل شکننده می تواند به سختی 600-800 HV ، دو تا سه برابر سختی فلز والدین برسد ، اما از سختی بسیار کمی برخوردار است. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی نشان می دهد که وقتی ضخامت لایه ترکیب بین فلزی بیش از 5 میکرومتر باشد ، خطر شکستگی شکننده در مفاصل به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

حساسیت پارامتر فرآیند

نوسانات کوچک در جوشکاری جریان ، زمان و فشار می تواند بر کیفیت مفصل تأثیر بگذارد. به عنوان مثال ، در جوشکاری لیزر ، تراکم انرژی زیر 80 J/mm² از مخلوط کردن کافی استخر مذاب جلوگیری می کند. کسانی که بیش از 120 J/mm² می توانند تبخیر نیکل در تیتانیوم- آلیاژ نیکل را تسریع کنند و منجر به تفکیک ترکیبی شوند.

 

تجزیه و تحلیل فرایند جوشکاری نوآورانه

فرآیند جوشکاری باسن: کنترل دقیق سطح Micron-

وسایل دقیق -} دقیق کیک های کواکسیال از سیم های نازک 0.2-0.5 میلی متر را فعال کنید. همراه با فناوری جوشکاری قوس آرگون پالس ، یک استخر مذاب یکنواخت در نقطه جوش تشکیل می شود. پارامترهای فرآیند کلیدی عبارتند از:

کنترل فعلی: از جریان پالس 150-200a استفاده می شود ، با مدت زمان اوج 0.02s و مدت زمان پایه 0.08s ، به طور موثری ورودی گرما را کاهش می دهد.

گاز محافظ: 99.99 ٪ آرگون خالص استفاده می شود ، با سرعت جریان در 15-20 لیتر در دقیقه برای جلوگیری از اکسیداسیون کنترل می شود.

POST - درمان جوش: خاموش شدن آب فوری برای مهار رشد ترکیبات بین فلزی انجام می شود و به یک مقاومت کششی مشترک 1000 مگاپاسکال می رسد و به قدرت ماده والدین نزدیک می شود.

لیزر - جوشکاری هیبریدی قوس: یک راه حل انرژی چند -

با ترکیب چگالی انرژی زیاد لیزر با پایداری قوس ، جوش نفوذ عمیق با بهینه سازی فاصله رشته (0.5 - 1.0 میلی متر) و Defocus (-1.0mm) حاصل می شود. آزمایشات نشان داده اند که این فرایند می تواند راندمان جوش را 40 ٪ افزایش دهد ، در حالی که عرض منطقه تحت تأثیر گرما را در 0.3 میلی متر نگه می دارد و استرس باقیمانده را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

جوش اصطکاک: دستیابی به موفقیت در جامد - پیوستن به دولت

از گرمای اصطکاک برای القاء انعطاف پذیری در مواد استفاده می شود ، در حالی که از فشار محوری برای دستیابی به پیوند اتمی استفاده می شود. این فرآیند نیازی به مواد پرکننده ندارد و از تشکیل ترکیبات بین فلزی جلوگیری می کند. برای یک سیم 0.35 میلی متر ، سرعت چرخشی 1000-1500 دور در دقیقه و فشار محوری 50-100 مگاپاسکال استفاده می شود که زمان جوش 2-3 ثانیه است. مقاومت برشی مفصل می تواند به 950 مگاپاسکال برسد.

 

سیستم ارزیابی کیفیت جوشکاری

آزمایش خصوصیات مکانیکی

آزمایش کششی با استفاده از یک دستگاه تست جهانی الکترونیکی مطابق با ASTM F2516- 18 ، با میزان بارگذاری 5 میلی متر در دقیقه تا زمان شکستگی انجام می شود. یک مفصل با کیفیت- بالا باید یک انتقال پلاستیک {5 {5} Elastic صاف را در منحنی نیروی جابجایی خود و یک مقدار جذب انرژی شکستگی بیشتر از 20 J/g نشان دهد.

تجزیه و تحلیل ریزساختاری

میکروسکوپ الکترونی الکترونی اسکن (SEM) مشاهده رابط جوش ، یک ساختار یکنواخت یکنواخت را با ضخامت لایه ترکیب بین فلزی کمتر از 3 میکرومتر نشان می دهد. تجزیه و تحلیل طیف سنجی پراکندگی انرژی (EDS) نشان می دهد که عمق انتشار عنصر در رابط باید از 5 میکرومتر فراتر رود تا از پیوند متالورژیکی اطمینان حاصل شود.

تأیید مقاومت در برابر خوردگی

آزمایش اسپری نمکی با استفاده از یک محلول NaCl 3.5 ٪ نشان داد که اتصالات با کیفیت بالا- شکل گیری زنگ زدگی قرمز پس از 720 ساعت ، با میزان خوردگی کمتر از 0.01 میلی متر در سال نشان نداد. تست طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) یک مدول مقاومت فرکانس 5 {5} کمتری را نشان داد که بیشتر از 10⁶Ω · cm² ، قابل مقایسه با ماده والدین است.

 

سناریوهای برنامه و چشم اندازهای آینده

در زمینه مداخله قلبی عروقی ، جوشکاری تیتانیوم- stents آلیاژ نیکل به راهنماهای فولاد ضد زنگ به کاربرد بالینی رسیده است. به عنوان مثال ، یک نوع خاص از استنت عروقی از یک فرآیند جوشکاری ترکیبی قوس لیزر- استفاده می کند و باعث بهبود دقت نیروی آزادسازی استنت به 5 ± می شود و به طور قابل توجهی خطر عوارض حین عمل را کاهش می دهد. در آینده ، با ادغام عمیق فناوری چاپ سه بعدی و فرآیندهای جوشکاری ، آزادی طراحی ساختارهای ترکیبی متفاوت بیشتر افزایش می یابد و راه های جدیدی را برای برنامه هایی مانند ریزگردها و دستگاه های پوشیدنی باز می کند.

 

فناوری جوشکاری تیتانیوم-} سیم آلیاژ نیکل به سیم استیل ضدزنگ نه تنها دستیابی به موفقیت در علم مواد بلکه الگویی از نوآوری مشترک بین رشته ای است. با کنترل دقیق فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی ، بشریت به تدریج باز کردن امکانات نامتناهی کامپوزیت های مواد متفاوت ، تزریق نشاط جدید در ساخت پایان بالا {2}.