ไทเทเนียมและอลูมิเนียมเป็นวัสดุโลหะที่มีน้ำหนักเบาสองชนิดที่มีความหนาแน่นต่ำความแข็งแรงเฉพาะสูงและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีได้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการบินและอวกาศการขนส่งการผลิตยานพาหนะอุตสาหกรรมเคมีและสาขาอื่น ๆ อย่างไรก็ตามในด้านวิศวกรรมสมัยใหม่สภาพการทำงานที่ซับซ้อนก่อให้เกิดความท้าทายที่สูงขึ้นต่อประสิทธิภาพการบริการของชิ้นงานซึ่งส่งเสริมการพัฒนาและการประยุกต์ใช้โครงสร้างคอมโพสิต สมาชิกคอมโพสิตประกอบด้วยโลหะผสมไทเทเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียมสามารถเพิ่มลักษณะการทำงานของวัสดุทั้งสองได้ แต่กระบวนการเชื่อมของพวกเขาต้องเผชิญกับความยากลำบากมากมาย
เนื่องจากความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างไทเทเนียมและอลูมิเนียมในคุณสมบัติทางความร้อนและเชิงกลความพรุนรอยแตกและปัญหาอื่น ๆ มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการเชื่อม ในหมู่พวกเขาสารประกอบ intermetallic ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาทางโลหะวิทยาเป็นหนึ่งในเหตุผลสำคัญที่นำไปสู่การเสื่อมสภาพของประสิทธิภาพของข้อต่อวัสดุที่แตกต่างกัน Ti/Al ดังนั้นอะไรคือเหตุผลเฉพาะสำหรับความยากลำบากในการเชื่อมไทเทเนียมและอลูมิเนียม?
อย่างแรกอลูมิเนียมและไทเทเนียมโต้ตอบได้ง่ายกับออกซิเจน ปฏิกิริยาอลูมิเนียมและออกซิเจนจะสร้างความหนาแน่นและทนไฟ Al2O3 (ฟิล์มออกไซด์) จุดหลอมเหลวของมันถึง 2050 องศาซึ่งจะขัดขวางการรวมกันของโลหะฐานทั้งสองส่งผลให้รอยเชื่อมมีแนวโน้มที่จะรวม ไทเทเนียมเริ่มออกซิไดซ์ที่ 600 องศา ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นเท่าใดการเกิดออกซิเดชันก็ยิ่งทำให้เกิด TiO2 (ไทเทเนียมไดออกไซด์) ซึ่งเป็นชั้นกลางที่เปราะกลางภายในเชื่อมซึ่งจะช่วยลดความเป็นพลาสติกและความทนทานของการเชื่อม
ประการที่สองอลูมิเนียมและไทเทเนียมจะสร้างปฏิกิริยาที่แตกต่างกันในอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ที่ 146 0 องศาพวกเขาจะก่อตัวเป็นสารประกอบชนิด tial (ไทเทเนียมอลูมิไนด์) ที่มี 36.03% ของสัดส่วนมวลของอลูมิเนียมเพิ่มความเปราะบางของโลหะ; ที่ 1340 องศาการก่อตัวของสารประกอบ Tial3 (ไทเทเนียม tri-tri-aluminate) ที่มี 60% ถึง 64% ของมวลของอลูมิเนียม; และเมื่อสัดส่วนมวลของไทเทเนียมที่มี 0.15%การก่อตัวของไทเทเนียมในสารละลายของแข็งอลูมิเนียม ปฏิกิริยาเหล่านี้เพิ่มความยากลำบากในการเชื่อม
นอกจากนี้ความสามารถในการละลายซึ่งกันและกันของอลูมิเนียมและไทเทเนียมมีขนาดเล็กมาก ที่ 665 องศาความสามารถในการละลายของไทเทเนียมในอลูมิเนียมคือ 0. 26% ถึง 0 28% และความสามารถในการละลายจะเล็กลงเมื่ออุณหภูมิลดลง เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 2 0 องศาความสามารถในการละลายของไทเทเนียมในอลูมิเนียมจะลดลงเป็น 0.07% ในเวลาเดียวกันความสามารถในการละลายของอลูมิเนียมในไทเทเนียมนั้นมี จำกัด มากขึ้นซึ่งนำมาซึ่งความยากลำบากอย่างมากในการก่อตัวของรอยเชื่อมระหว่างโลหะฐานทั้งสอง
นอกจากนี้อลูมิเนียมและไทเทเนียมยังมีการดูดซึมก๊าซอุณหภูมิสูง อลูมิเนียมเหลวสามารถละลายไฮโดรเจนจำนวนมากแทบจะไม่ละลายในสถานะของแข็งการเชื่อมจะแข็งตัวเมื่อไฮโดรเจนไม่สามารถหลบหนีได้ในเวลาจะก่อให้เกิดรูขุมขน ไฮโดรเจนในไทเทเนียมมีความสามารถในการละลายขนาดใหญ่ไฮโดรเจนอุณหภูมิต่ำที่รวมอยู่ในรูขุมขนเพื่อให้พลาสติกเชื่อมลดความเหนียวได้มีแนวโน้มที่จะแตกหัก
ในเวลาเดียวกันอลูมิเนียมและไทเทเนียมจะก่อตัวเป็นสารประกอบที่เปราะบางด้วยสิ่งสกปรกอื่น ๆ อลูมิเนียมและออกซิเจนเกิดจากออกไซด์เพิ่มความเปราะบางของโลหะ ไทเทเนียมและไนโตรเจนในรูปแบบไทเทเนียมไนไตรด์เพื่อให้ความเป็นพลาสติกของโลหะลดลง ไทเทเนียมและคาร์บอนเพื่อสร้างคาร์ไบด์เมื่อสัดส่วนมวลของคาร์บอนสูงกว่า 0 28%, ความสามารถในการเชื่อมโลหะฐานทั้งสองแย่ลงอย่างมีนัยสำคัญ
นอกจากนี้ค่าการนำความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของอลูมิเนียมและไทเทเนียมนั้นแตกต่างกันมาก ค่าการนำความร้อนของอลูมิเนียม (206.9wm -2- k -1) มีขนาดใหญ่กว่าของไทเทเนียมประมาณ 16 เท่า (13.8wm -2- k -1); และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของอลูมิเนียมนั้นสูงกว่าของไทเทเนียมประมาณ 3 เท่า ความแตกต่างนี้สามารถนำไปสู่รอยแตกภายใต้ความเครียดได้อย่างง่ายดาย
ในที่สุดองค์ประกอบการผสมในอลูมิเนียมและไทเทเนียมจะถูกเผาและระเหยได้ง่ายในระหว่างกระบวนการเชื่อม เมื่ออลูมิเนียมหรืออลูมิเนียมอัลลอยละลายมากกว่าจุดหลอมเหลวขององค์ประกอบต่ำเช่นแมกนีเซียมสังกะสี ฯลฯ เริ่มเผาไหม้หรือระเหย เมื่อมาถึงจุดหลอมเหลวของไทเทเนียมหรือโลหะผสมไทเทเนียม (1677 องศา) อลูมิเนียมและองค์ประกอบการผสมอื่น ๆ ที่เผาผลาญการระเหยมากขึ้นส่งผลให้องค์ประกอบทางเคมีที่ไม่สม่ำเสมอของการเชื่อมและความแข็งแรงลดลง
โดยสรุปความยากลำบากในการเชื่อมไทเทเนียมและอลูมิเนียมส่วนใหญ่รวมถึงการเกิดออกซิเดชันของอลูมิเนียมและไทเทเนียมปฏิกิริยาที่อุณหภูมิที่แตกต่างกันความสามารถในการละลายซึ่งกันและกันมีขนาดเล็กการดูดซึมก๊าซอุณหภูมิสูงการก่อตัวของสารประกอบที่เปราะบาง ปัญหาเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการแก้ไขโดยใช้มาตรการเป้าหมายในกระบวนการเชื่อม
