Сварка титана с алюминием

Основные трудности получения непосредственного сварного соединения этого сочетания металлов связаны с образованием химических соединений TiAl при 1460 °С (содержание Аl 36,03 %) и TiAl₃ при 1340 °С (содержание А1 60—64%) в результате перитектической реакции. Предельная растворимость Ti в Аl мала и составляет 0,26—0,28 % при 665 °С. При 20 °С эта величина снижается до 0,07%. Алюминий в титане образует ограниченные области α- и β-растворов. Технически чистый Аl и Ti обладают высокой пластичностью. Эти материалы сильно отличаются по температуре плавления и другим тепло-физическим величинам. Сплавы титана имеют значительно более высокую прочность и твердость.

В связи с отмеченными особенностями получить соединение при расплавлении обеих заготовок с получением металла шва, представляющего твердый раствор, практически невозможно. Шов всегда будет содержать интерметаллиды, сильно охрупчивающие соединение.

Из методов сварки в твердой фазе получила применение холодная сварка технически чистых алюминия и титана. Техника холодной сварки принципиально не отличается от сварки других сочетаний металлов. Полученные соединения равнопрочны основному металлу.

Диффузионной сваркой удается сваривать достаточно большую номенклатуру сочетаний титановых и алюминиевых сплавов при высоком качестве соединения. Сварка ведется при температуре 560—720 °С и продолжительности нагрева порядка 10 мин. Термическая обработка таких соединений при 500 °С в течение 10 ч и при 600 °С в течение 1 ч не приводит к снижению механических свойств и вакуумной плотности. Интенсивный рост интерметаллида (Al₃Ti) начинается после 2-ч выдержки при 600 °С. Толщина прослойки интерметаллида при диффузионной сварке достигает 12 мкм, что существенно не отражается на механических свойствах. Разрушение образцов, полученных диффузионной сваркой, при испытаниях идет по алюминиевой заготовке.

Сварка методами плавления возможна в случае, когда будет обеспечено расплавление только Аl при минимальном перегреве и при ограничении времени контакта расплава с поверхностью титановой заготовки, т. е. в режиме сварки-пайки, При этом время контакта с расплавом должно быть меньше времени ретардации образования интерметаллидов. При температуре 700—800 °С и выдержке 15 с интерметаллиды еще не образуются. Повышение температуры до 900 °С и выше приводит к появлению в зоне контакта соединения TiAl₃. Таким образом, техника сварки должна быть такой, чтобы в зоне контакта температура не превышала 850 °С. Такие условия можно получить, расплавляя только алюминий.