صفحات فولادی روکش شده از تیتانیوم و تیتانیوم{0}}به دلیل استحکام استثنایی-به-نسبت وزن و مقاومت در برابر خوردگی برتر، در بخشهای پرتقاضا مانند هوافضا و فناوری پزشکی مورد علاقه هستند. با این حال، دستیابی به جوش های بی عیب و نقص اغلب توسط یک چالش حیاتی مختل می شود: ترک خوردن. این مشکل مداوم یکپارچگی ساختاری را به خطر می اندازد و مانع قابل توجهی برای قابلیت اطمینان ساخت می شود. یک فرو رفتن عمیق در علل ریشهای متالورژیکی نشان میدهد که شکنندگی هیدروژن آنتاگونیست اصلی است که اثرات آن با تمرکز تنش و چرخههای حرارتی کنترلنشده تشدید میشود.
مکانیسم مرکزی در پشت ترک خوردگی جوش، ترک ناشی از هیدروژن-سرد است. هیدروژن که از آلایندههای سطحی مانند رطوبت، روغن یا رطوبت اتمسفر نشات میگیرد، در حوضه جوش مذاب در فاز قوس-در دمای بالا حل میشود. همانطور که مهره جوش جامد و سرد می شود، حلالیت هیدروژن به شدت کاهش می یابد. هیدروژن اضافی که در اثر سرعت های خنک کننده سریع به دام افتاده است، در ریزساختار فلز جوش فوق اشباع می شود. این هیدروژن به دام افتاده سپس به مناطقی با تنش سه{6}}محوری بالا مهاجرت میکند و فلز را به شدت ترد میکند و شکلپذیری آن را به شدت کاهش میدهد و در نتیجه شکافهای میکرو- را ایجاد میکند.
این فرآیند شکنندگی توسط اثر هم افزایی متمرکزکنندههای تنش و تجمع هیدروژن موضعی تسریع مییابد. بریدگیهایی مانند بریدگیهای تیز یا همجوشی ناقص، میدانهای تنش موضعی ایجاد میکنند. هنگامی که هیدروژن فوق اشباع در این مناطق{2}}تنش بالا منتشر می شود، شدت تنش بحرانی مورد نیاز برای انتشار ترک را کاهش می دهد. ترکیبی از ریزساختار شکننده و تنش کششی متمرکز محیطی عالی برای تشکیل و رشد ترک ایجاد می کند.
شرایط محیطی، به ویژه در فصول سردتر، این خطرات را تشدید می کند. دمای محیط پایین تر باعث تراکم رطوبت در سطوح مواد می شود و سطوح بالاتری از هیدروژن را ایجاد می کند. علاوه بر این، انتشار حرارتی بالای موادی مانند تیتانیوم نازک-به اتلاف حرارت بسیار سریع منجر میشود. این سرعت تسریع خنککننده در حین جوشکاری، پنجره موجود برای ترشح هیدروژن از جوش انجماد را به شدت محدود میکند و باعث میشود که در حالت فوق اشباع باقی بماند و حساسیت ترک افزایش یابد.
یک استراتژی کاهش قوی نیازمند یک رویکرد جامع متمرکز بر کنترل هیدروژن و مدیریت حرارتی است. اولین خط دفاعی آماده سازی سطح بی نقص است. هم فلز پایه و هم سیم پرکننده باید تحت تمیز کردن مکانیکی و شیمیایی دقیق قرار گیرند تا همه آلایندههای هیدروکربنی و هیدروکسید از بین بروند و در نتیجه منبع هیدروژن اولیه را در مبدا قطع کنند.
کنترل های محیطی و حرارتی دومین رکن حیاتی را تشکیل می دهند. حفظ محیط جوشکاری کنترل شده برای جلوگیری از جذب رطوبت اتمسفر ضروری است. برای فولاد روکش شده{2}}تیتانیوم، پیش گرم کردن رابط فولادی زیرلایه یک هدف دوگانه دارد: به طور موثر رطوبت جذب شده را از بین می برد و مهمتر از آن، سرعت خنک شدن جوش را کاهش می دهد. این چرخه حرارتی آهستهتر به هیدروژن محلول زمان کافی میدهد تا قبل از به دام افتادن جوشکاری، به بیرون پراکنده شود، و به طور موثر پتانسیل شکنندگی را تخلیه میکند.
در نهایت، بهینه سازی دقیق روش جوشکاری بسیار مهم است. کالیبراسیون دقیق گرمای ورودی از طریق پارامترهایی مانند جریان، ولتاژ و سرعت حرکت مستقیماً بر مشخصات حرارتی جوش حاکم است. هدف ایجاد یک سرعت خنککننده کنترلشده و نسبتاً آهسته است که خروج هیدروژن را بدون تأثیر نامطلوب بر ساختار متالورژیکی یا ترویج رشد بیش از حد دانه تسهیل میکند. در نتیجه، جلوگیری از ترکهای جوش تیتانیوم تنها یک راهحل نیست، بلکه یک سیستم جامع از منابع هیدروژن محدود، دینامیک حرارتی مدیریتشده، و تکنیک جوشکاری تصفیهشده برای اطمینان از یکپارچگی اتصال و عملکرد بلندمدت است.
