Tembaga,titanium, dan paduan titanium merupakan bahan logam struktural yang banyak digunakan di sektor industri. Kedua material tersebut memiliki sifat mekanik dan ketahanan terhadap korosi yang sangat baik, dan penerapannya dalam struktur komposit yang melibatkan material berbeda-seperti pada peralatan-kelas atas, peralatan pemrosesan kimia, dan manufaktur presisi-terus berkembang. Namun, tembaga dan titanium berbeda secara signifikan dalam hal struktur kristal, titik leleh, konduktivitas termal, koefisien ekspansi linier, dan sifat kimia. Mereka merupakan kombinasi khas dari logam berbeda yang sulit untuk dilas, dan proses pengelasan sangat rentan terhadap cacat seperti porositas, retak, dan penurunan sifat mekanik. Makalah ini secara sistematis menganalisis tantangan yang terlibat dalam pengelasan bahan tembaga-titanium yang berbeda dan memberikan penjelasan mendetail tentang poin-poin penting operasional dan standar parameter untuk proses pengelasan umum dan matang.
I. Tantangan Utama dalam Pengelasan Logam Berbeda Tembaga-Titanium
Tembaga dan titanium adalah logam dengan sifat fisik dan kimia yang sangat berbeda. Proses metalurgi pengelasan sangatlah kompleks, dan kompatibilitasnya sangat buruk, menyebabkan tingginya insiden cacat, yang terutama bermanifestasi sebagai tiga masalah utama: porositas, retakan las, dan degradasi sifat sambungan.
1. Retakan antar butir yang disebabkan oleh eutektik titik leleh rendah: Unsur pengotor dalam tembaga, seperti bismut, timbal, belerang, dan oksigen, membentuk berbagai fase eutektik titik leleh rendah dengan tembaga, termasuk eutektik bismut tembaga pada suhu 270 derajat, eutektik timbal tembaga pada suhu 326 derajat, tembaga-tembaga(I) oksida eutektik pada 1067 derajat . Struktur-titik leleh-rendah ini tersebar pada batas butir dan sangat rentan menyebabkan keretakan getas intergranular selama proses pendinginan pengelasan.
2. Retak penggetasan hidrogen pada sisi titanium: Setelah menyerap hidrogen pada suhu tinggi, titanium membentuk struktur titanium hidrida yang rapuh dan seperti serpihan, sehingga mengakibatkan penggetasan hidrogen yang parah. Hal ini secara signifikan mengurangi ketangguhan sambungan pada sisi titanium dan menyebabkan cacat retak.
3. Retak konsentrasi tegangan termal: Koefisien ekspansi linier tembaga dan titanium berbeda lebih dari dua kali lipat. Selama pemanasan dan pendinginan cepat pada lasan, kedua logam dasar berkontraksi dan berubah bentuk pada laju yang berbeda, menghasilkan tegangan sisa pengelasan yang signifikan di dalam sambungan, yang pada akhirnya menyebabkan keretakan pada lasan dan zona yang terkena dampak panas.
II. Proses Pengelasan Arus Utama dan Matang untuk Paduan Tembaga dan Titanium
Untuk mengatasi tantangan cacat pengelasan pada bahan tembaga-titanium yang berbeda, industri ini telah melakukan uji coba proses yang ekstensif dan memverifikasi bahwa pengelasan difusi vakum, pengelasan TIG, pengelasan busur plasma, pematrian, dan pengelasan berkas elektron semuanya dapat mencapai pengelasan yang stabil, menghasilkan sambungan dengan sifat mekanik yang sangat baik dan cacat yang dapat dikontrol. Diantaranya, pengelasan difusi vakum dan pengelasan TIG adalah proses inti yang paling banyak digunakan dalam aplikasi industri.
(1) Pengelasan Difusi Vakum (Proses Pilihan untuk Presisi Tinggi) Pengelasan difusi vakum tidak melibatkan proses metalurgi peleburan dan menawarkan keunggulan sambungan bebas oksidasi, hasil akhir yang estetis, cacat minimal, dan kinerja stabil. Ini adalah proses yang disukai untuk mengelas komponen berbeda tembaga-titanium presisi dan cocok untuk produksi komponen presisi-tinggi.
1. Pra-Perlakuan Awal Bahan Dasar Pengelasan - Perawatan tembaga (tembaga murni T2): Bersihkan permukaan minyak dan kotoran secara menyeluruh menggunakan trikloroetilen; etsa dalam larutan asam sulfat 10% selama 1 menit; bilas sampai bersih dengan air suling; kemudian lakukan annealing. Kontrol suhu anil antara 820 derajat dan 830 derajat dan tahan selama 10 menit untuk menghilangkan tekanan internal pada bahan dasar. - Perawatan Titanium (titanium murni GR2): Setelah proses degreasing dan pembersihan dengan trikloretilen, bahan tersebut dikenai pengetsaan getar selama 4 menit dalam larutan encer asam fluorida 2% dan asam nitrat 50% untuk menghilangkan lapisan oksida permukaan secara menyeluruh. Terakhir, dibilas secara berurutan dengan air dan alkohol, lalu dikeringkan-dan disisihkan untuk digunakan.
2. Parameter Proses Pengelasan Inti: Rakit secara tepat bahan dasar tembaga dan titanium yang telah diolah sebelumnya dan tempatkan dalam tungku las vakum untuk diproses. Parameter proses standar: suhu pengelasan 810 derajat ± 10 derajat, tekanan pengelasan 5–10 MPa, waktu penahanan di bawah tekanan 10 menit, dan tingkat vakum dijaga secara stabil antara 1,3332 × 10⁻⁸ dan 1,3332 × 10⁻⁹ MPa. Prosesnya dapat dioptimalkan secara fleksibel; niobium dapat ditambahkan sebagai lapisan difusi perantara untuk lebih menekan pembentukan senyawa intermetalik yang rapuh dan meningkatkan kinerja sambungan. Jika tidak ada persyaratan kinerja khusus, pengelasan langsung juga dapat dilakukan, diikuti dengan pembersihan halus pada permukaan sambungan setelah pengelasan.
(II) Pengelasan Gas Inert Tungsten (TIG) (Umum-Tujuan Industri-Proses Efisiensi Tinggi) Pengelasan TIG mudah dioperasikan dan sangat mudah beradaptasi, sehingga cocok untuk produksi batch komponen komposit titanium- hingga-tembaga berukuran sedang-berukuran besar. Dengan mengoptimalkan bahan habis pakai dan proses, cacat pengelasan dapat dihindari secara efektif. Elektroda tungsten Cerium-adalah pilihan yang lebih disukai untuk pengelasan; dibandingkan dengan elektroda tungsten tradisional, elektroda ini menawarkan inisiasi busur listrik yang stabil dan masukan panas terkonsentrasi, yang tidak hanya meningkatkan kualitas pembentukan manik las namun juga memberikan keuntungan karena ramah lingkungan dan tidak-beracun. Untuk pengelasan berbeda pada paduan tembaga kromium QCr0,5 dan paduan titanium TC2, solusi standar industri adalah menggunakan niobium sebagai lapisan penyangga transisi untuk mencegah reaksi langsung antara tembaga dan titanium. Dikombinasikan dengan pelindung gas argon dengan kemurnian tinggi 99,8%, lapisan ini secara efektif menekan oksidasi, porositas, dan pembentukan struktur mikro yang rapuh, sehingga menghasilkan sambungan las berkualitas tinggi yang memenuhi persyaratan ketahanan mekanis dan korosi.
Karena perbedaan yang signifikan dalam sifat fisik dan kimianya, pengelasan paduan tembaga dan titanium yang berbeda menghadirkan tiga tantangan teknis utama: tingginya porositas, sensitivitas retak, dan penggetasan sambungan. Permasalahan utamanya terletak pada-penyerapan gas bersuhu tinggi, pembentukan eutektik-titik leleh rendah, pengendapan senyawa intermetalik yang rapuh, dan konsentrasi tegangan pengelasan. Dalam produksi industri sebenarnya, pengelasan difusi vakum adalah metode pilihan untuk-komponen berpresisi tinggi guna memastikan stabilitas sambungan dan akurasi pembentukan; untuk komponen industri konvensional, pengelasan TIG dengan proses yang dioptimalkan dapat dipilih untuk menyeimbangkan efisiensi produksi dan kualitas las. Melalui perlakuan awal logam dasar yang terstandarisasi, kontrol parameter pengelasan yang presisi, dan pemilihan material lapisan transisi yang tepat, cacat pada pengelasan tembaga-titanium yang berbeda dapat diatasi secara efektif, sehingga memungkinkan penerapan gabungan kedua material-berperforma tinggi ini dan sepenuhnya memanfaatkan keunggulan struktural dan fungsionalnya.
Email-:garychen3215@hotmail.com ;
Alamat: No.35, Baoti Rd, kota Baoji, Provinsi Shaanxi, Cina
Hubungi: Tuan Gary Chan
Telepon: +86-917-8883215
Seluler/WhatsApp: +86 13092900605
