Fitingurile din titan expuse la temperaturi ridicate dezvoltă un strat de suprafață dur, bogat în oxigen-cunoscut universal sub numelecaz{0}alfa. Această zonă de contaminare se formează atunci când oxigenul difuzează în rețeaua metalică la temperaturi care depășesc aproximativ 540 de grade (1000 de grade F), stabilizând faza alfa hexagonală apropiată-și creând un înveliș fragil, cu ductilitate redusă-. Grosimea carcasei alfa-depășește rareori câteva zecimi de milimetru în ciclurile normale de fabricație, dar chiar și un strat contaminat de mică adâncime acționează ca un loc de inițiere a fisurilor sub sarcină de tracțiune sau ciclică. Îndepărtarea completă și uniformă restabilește integritatea suprafeței, duritatea la rupere și rezistența la coroziune și previne defecțiunile întârziate adesea diagnosticate greșit ca defecte ale materialelor.
Trei tehnici domină îndepărtarea carcasei alfa-și a depunerilor de oxid în fabricarea țevilor de titan:măcinare mecanică, decapare acidă și măcinare chimică.Fiecare metodă revendică un loc în producție în funcție de geometrie, dimensiunea lotului și criteriile de acceptare. Problema eficienței, însă, nu poate fi redusă doar la rata de eliminare a stocurilor. Eficiența reală echilibrează uniformitatea îndepărtării, toleranța dimensională, riscul de preluare-hidrogenului și rata de reluare pe suprafețele interne complexe tipice coturilor, reductoarelor și orificiilor de ramificație.
slefuire mecanica
Măcinarea mecanică folosește curele abrazive, roți cu clapete sau bavuri de carbură pentru a îndepărta fizic stratul contaminat. Pe exteriorul țevilor drepte sau pe fețele flanșelor, această metodă oferă vizibilitate imediată. Operatorii pot elimina decolorarea și pot verifica progresul prin inspecția colorantului penetrant. Cu toate acestea, conductibilitatea termică scăzută a titanului concentrează căldura de frecare în zona de măcinare. Dacă temperaturile locale depășesc din nou pragul de oxidare de 540 de grade, sub metalul proaspăt expus se poate forma un nou strat îmbogățit cu oxigen-. De asemenea, șlefuirea manuală produce rareori o îndepărtare uniformă a grosimii; Carcasa alfa-reziduală rămâne adesea în crăpăturile, rădăcinile-de sudură de trecere și curbe cu raza-strânsă unde roata nu poate ajunge. Pentru o racordare a țevii 3D, cum ar fi un T cu ghișee din spate, șlefuirea mecanică nu garantează îndepărtarea completă a contaminării. Este nevoie de muncă-intensive, geometrie-limitată și poate încorpora fragmente de oxid de aluminiu sau carbură de siliciu în suprafața de titan-un rezultat inacceptabil pentru sistemele de fluide aerospațiale sau semiconductoare-.
Decaparea acidă
Decaparea cu acid folosește un amestec de acid azotic-fluorhidric, de obicei 20–40% HNO₃ și 1–5% HF, la temperaturi controlate între 25 și 50 de grade . HF dizolvă oxidul și unele metale de titan, în timp ce HNO₃ previne absorbția excesivă a hidrogenului prin menținerea unui potențial oxidant pasiv. Ratele de decapare pot depăși 0,02 mm pe minut, eliminând rapid carcasa alfa-și nuanța termică pe suprafețele accesibile. Procesul elimină, de asemenea, fierul vagabond și alți contaminanți mânjiți. Principala capcană este absorbția hidrogenului. Când raportul HNO₃:HF scade prea scăzut sau temperatura băii crește, hidrogenul atomic difuzează în titan, fragilizând rețeaua. Chiar și o baie de decapare bine-controlată poate introduce hidrogen peste limita de 0,015% în masă dacă timpul de imersie este prelungit. Recoacerea în vid după-decapare este adesea obligatorie pentru a difuza hidrogenul înapoi, adăugând un ciclu termic complet. În plus, decaparea acidă atacă toate metalele expuse în mod uniform numai în linia de vedere; pasajele interne umbrite sau conexiunile filetate pot apărea sub-decapate sau subțiate dimensional. Gestionarea acizilor reziduali și limitele de contaminare cu ioni de titan adaugă costuri de manipulare a mediului.
Măcinarea chimică
Frezarea chimică-uneori numită frezare chimică sau prelucrare chimică controlată-oferă un mecanism fundamental diferit. Mai degrabă decât gravarea agresivă, folosește paste formulate sau soluții cu activitate mai mică-aplicate cu mascanțe precise și imersare temporizată pentru a îndepărta o grosime de metal pre-calculată. Această tehnică este standard în vasele sub presiune din titan aerospațial și învelișurile celulei aeronavei unde adâncimile de îndepărtare a carcasei alfa-trebuie certificate prin monitorizarea cuponului. Frezarea chimică îndepărtează metalul în mod uniform chiar și din geometriile interne complexe și din cavitățile oarbe, cu condiția ca fluxul de soluție să poată ajunge la ele. Soluțiile moderne de măcinare chimică a titanului sunt adesea pe bază de nitrați-, cu adaosuri de fluorură și inhibitori de proprietate care tamponează viteza de dizolvare a metalului, limitând în același timp catodic formarea de hidrogen. Viteza este mai lentă decât decaparea cu acid brut, de obicei 0,01–0,03 mm pe oră, dar îndepărtarea este izotropă și stabilă dimensional. Absorbția hidrogenului este minimizată prin menținerea unui potențial electrochimic în regiunea pasivă; conținutul de hidrogen post-măcinare rămâne în general sub 0,005% dacă controlul soluției este exact. Costul principal de inginerie este aplicarea și îndepărtarea mascatului, plus întreținerea analitică a chimiei băii. Pentru fitingurile critice de țevi din titan cu raze interne mici-alezaj, frezarea chimică este singurul proces care poate îndepărta în mod fiabil 100% din carcasa alfa- fără a compromite mecanic peretele subțire sau a lăsa un profil de crestătură-supus la oboseală.
Compararea eficienței strict în funcție de timp-din-parte favorizează decaparea acidă. O baie de decapare scoate carcasa alfa-generală dintr-un cot de sudură în 15-30 de minute, în timp ce măcinarea chimică poate necesita câteva ore. Dar atunci când factorii de eficiență includ rata deșeurilor, reprelucrarea, degazarea suplimentară în vid și fiabilitatea serviciului pe termen lung-, măcinarea chimică depășește în mod constant. Slefuirea mecanica se claseaza cel mai jos pentru orice fiting care contine contururi interne sau care necesita un control trasabil al procesului. Rămâne util pentru repararea cosmetică a componentelor mari și simple, după care verificarea grosimii prin calibrare cu ultrasunete poate justifica îndepărtarea contaminării.
Selectarea procesului depinde de standardul de acceptare. AMS 2700, ISO 8080 și ASTM B600 oferă toate îndrumări privind îndepărtarea și pasivarea chimică a titanului. O operațiune eficientă definește trecerea/eșecul nu prin dispariția decolorării, ci prin confirmarea faptului că stratul fragil alfa-cazului este înlocuit cu metal solid cu o creștere incrementală a hidrogenului mai mică de 200 ppm. Pentru aplicațiile care necesită un spațiu complet alfa-carcasei pe toate suprafețele-linii aerospațiale cu oboseală cu ciclu înalt-, actuatoare submarine sau conducte de transfer de izotopi medicali-frezarea chimică reprezintă cea mai fiabilă, verificabilă și mai sigură alegerea materialului-. Chimia băii, temperatura și analiza soluției trebuie să rămână sub control statistic strict al procesului și se recomandă un ciclu de coacere post-umiditate-macinare pentru a elimina orice hidrogen adsorbit. În aceste condiții, măcinarea chimică oferă cea mai mare eficiență generală a procesului: calitate uniformă a suprafeței, control strict al hidrogenului și necesitatea zero pentru repararea ulterioară a amestecului mecanic.
