銅板とチタン板は格子の種類、融点、熱伝導率、線膨張係数、化学組成が大きく異なるため、溶接は非常に困難です。
1. 溶接部に気孔が発生しやすい
(1) 銅やチタンは高温での水素吸収能力が高く、液体の銅やチタンへの水素の溶解度が高くなります。
(2) 高温冶金反応溶融池ではガスが発生します。
(3) 溶接部周囲の酸素と窒素ガスが溶融池に浸かります。 溶融池の結晶化プロセス中、すべてのガスは溶融池の表面から逃げることができず、溶接部に残り、気孔を形成します。
2. 溶接継手は亀裂が発生しやすい
銅とチタンを溶接すると、2 つの母材の金属側に共晶と水素化物が形成され、溶接応力の作用により割れが発生しやすくなります。
(1) 銅とビスマスは、共晶点 270 度の (Cu+Bi) 共晶を形成します。
(2) 銅とアルミニウムは、共晶点 326 度の (Cu+Pb) 共晶を形成します。
(3) 銅と硫化第一鉄は、共晶点 1067 度の共晶 (Cu+Cu2O) を形成します。
(4) チタン基材の金属側に薄片状の水素化物 TiH2 が生成し、水素脆化を引き起こします。
(5) 銅とチタンでは線膨張係数が1倍以上異なるため、溶接時の応力が大きくなります。
3. 溶接継手の機械的性質が低い
(1) 酸化皮膜により銅とチタンの粒子間結合が弱まる可能性があります。 たとえば、溶接部の酸素含有量が 0.38% に達すると、継手の曲げ角度は 180 度から 120 度に減少します。
(2) 多量の共晶および水素化物は、溶接継手の可塑性と靭性を著しく低下させます。
(3) 銅とチタンは相互溶解度が非常に小さく、高温になると金属間化合物が生成しやすい。 Ti2Cu、TiCu、Ti3Cu4、Ti2Cu3、TiCu2、TiCu4 などは、溶接金属の脆性を増大させ、塑性を低下させ、耐食性を著しく低下させます。
銅とチタンまたはチタン合金との間の真空拡散溶接、アルゴンアーク溶接、プラズマアーク溶接、ろう付け、および電子ビーム溶接により、優れた溶接継手が得られます。
例：真空拡散溶接が使用されます。 真空拡散溶接の特徴は、接合部が酸化せず、溶接部の外観が美しく、製品の品質が良いことです。 主な作業プロセスは次のとおりです。溶接前に銅母材 (T2 など) をトリクロロエチレンで洗浄し、油汚れやその他の不純物を除去します。 次に、10% 硫酸溶液で 1 分間エッチングし、蒸留水で洗浄し、その後アニールします。 アニール温度は820～830度、アニール時間は10分です。
チタン母材（TA2）をトリクロロエチレンで洗浄後、体積分率2%のHF、体積分率50%のHNO3水溶液中で振動法により4分間エッチングし、酸化皮膜を除去し洗浄します。水とアルコールと一緒に。
(4) 洗浄した 2 つの母材をプロセス要件に従って組み立て、真空炉に入れて溶接します。 溶接パラメータは、溶接温度810度±10度、圧力5~10MPa、時間10分、真空度1.3332×10-8~1.3332×10-9MPaです。 2 つの卑金属の間に中間拡散層を追加できます。 通常、拡散層の材料はニオブ金属であるか、中間拡散層は必要ありません。 溶接後は接合面を丁寧に清掃してください。
銅とチタンの溶接にアルゴン アーク溶接が使用される場合、セリウム タングステン電極を選択すると、溶接の品質が向上し、人間の健康に利益をもたらすことができます。 たとえば、銅合金 (QCr0.5) とチタン合金 (TC2) を溶接する場合、遷移層材料としてニオブを使用でき、アルゴン純度 99.8% で高品質の接合が得られます。
