سلك التيتانيوم

التيتانيوم هو معدن أبيض فضي اللون يتمتع بالعديد من الخصائص الممتازة. على سبيل المثال، تبلغ كثافة التيتانيوم 4.54 جرام/سم3، وهو أخف بنسبة 43% من الفولاذ، لكن قوته الميكانيكية مماثلة لقوة الفولاذ. كما أن التيتانيوم مقاوم لدرجات الحرارة العالية وله نقطة انصهار تبلغ 1942 كلفن، وهي أعلى من الفولاذ بحوالي 500 كلفن. في السنوات الأخيرة، ومع البحث المستمر عن التيتانيوم، يمكن العثور على المزيد والمزيد من المنتجات المصنوعة من التيتانيوم في حياتنا اليومية، وأسلاك التيتانيوم هي واحدة منها.

أنواع أسلاك التيتانيوم
وفقا للخصائص المختلفة للتيتانيوم وسبائك التيتانيوم، يمكن تحضير سلك التيتانيوم مع متطلبات مختلفة، مقسمة عموما إلى سلك التيتانيوم النقي، سلك سبائك التيتانيوم، سلك زجاج التيتانيوم النقي، سلك التيتانيوم المستقيم، سلك لحام التيتانيوم، سلك تعليق التيتانيوم، سلك لفائف التيتانيوم، سلك التيتانيوم الساطع، سلك التيتانيوم الطبي، سلك سبائك النيكل التيتانيوم، إلخ.

تختلف استخدامات أنواع مختلفة من أسلاك التيتانيوم. على سبيل المثال، يستخدم سلك النظارات المصنوع من التيتانيوم الخالص بشكل أساسي في صنع حاملات النظارات، ويستخدم سلك التعليق المصنوع من التيتانيوم لتعليق الأوزان، ويستخدم سلك سبائك التيتانيوم والنيكل بشكل شائع كمواد سبائك الذاكرة.

تطبيقات الأسلاك المصنوعة من التيتانيوم
يرث سلك التيتانيوم أيضًا مزايا التيتانيوم وسبائك التيتانيوم بشكل مثالي، مع سلسلة من الخصائص الممتازة مثل مقاومة التآكل الجيدة، والقوة النوعية العالية، وعدم المغناطيسية، والتوافق البيولوجي العالي، ومقاومة منخفضة للموجات فوق الصوتية، ووظيفة ذاكرة الشكل الجيدة.

لذلك، يتم استخدام أسلاك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الصناعة العسكرية، والنظارات، والأقراط، وأغطية الرأس، وشماعات الطلاء الكهربائي، وأسلاك اللحام، والفضاء، والبتروكيماويات، والطبية والصحية، والسيارات، والبناء، والمنتجات الرياضية والترفيهية.

وفي السنوات الأخيرة، وبفضل التطور المستمر لصناعة أسلاك التيتانيوم، أصبحت مجموعة أسلاك التيتانيوم متنوعة بشكل متزايد، مما يجعل أسلاك التيتانيوم تستخدم على نطاق واسع في الإمدادات الصناعية عالية الأداء والمنتجات الاستهلاكية.

في الوقت الحاضر، يتم استخدام أكثر من 80% من أسلاك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم كأسلاك لحام، مثل لحام معدات التيتانيوم المختلفة، ولحام الأنابيب، ولحام إصلاح أقراص التوربينات وشفرات محركات الطائرات النفاثة، ولحام الأغطية.

بفضل مقاومته الممتازة للتآكل، تم استخدام سلك التيتانيوم على نطاق واسع في الصناعات الكيميائية والصيدلانية وصناعة الورق وغيرها من الصناعات. يمكن تحويله إلى شبكة لمرشح مياه البحر ومرشح المياه النقية ومرشح الأدوية الكيميائية وما إلى ذلك.

تُستخدم أيضًا أسلاك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم في تصنيع أدوات التثبيت، وأعضاء تحمل الأحمال، والينابيع، وما إلى ذلك نظرًا لأدائها العام الجيد.

في الصناعة الطبية والصحية، وبفضل توافقها الحيوي الممتاز، يتم استخدام أسلاك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم في تصنيع الأجهزة الطبية وتثبيت الجمجمة وما إلى ذلك.

يتم استخدام بعض أسلاك سبائك التيتانيوم ذات وظيفة ذاكرة الشكل، مثل أسلاك سبائك التيتانيوم والنيكل، في صنع هوائيات الأقمار الصناعية، ووسائد الكتف للملابس، وحمالات الصدر النسائية، وإطارات النظارات.

في صناعات الطلاء الكهربائي ومعالجة المياه، يتم استخدام أسلاك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم لتصنيع الأقطاب الكهربائية المختلفة.

إن تصنيع أشكال منتجات التيتانيوم بأشكال معقدة يعد أمرًا روتينيًا بالنسبة للعديد من المصنعين. وقد أدركت هذه المتاجر منذ فترة طويلة أن التيتانيوم ليس مادة غريبة تتطلب تقنيات تصنيع معقدة. ستناقش هذه المقالة إنشاء اللحامات الجيدة والمعالجات الحرارية الفعّالة للتيتانيوم.

هناك اختلافات مهمة بين التيتانيوم والفولاذ أو السبائك القائمة على النيكل، وهي:
• كثافة التيتانيوم منخفضة.
• معامل المرونة المنخفض للتيتانيوم.
• نقطة انصهار التيتانيوم العالية.
• ليونة التيتانيوم المنخفضة.
• قابلية التيتانيوم للترسب.
• حساسية التيتانيوم للتلوث أثناء اللحام.

إن التعويض عن هذه الاختلافات يسمح بتصنيع التيتانيوم باستخدام تقنيات مماثلة لتلك المستخدمة في الفولاذ المقاوم للصدأ أو السبائك القائمة على النيكل. تتناول هذه المقالة العمليات الشائعة المستخدمة في تصنيع التيتانيوم.

منطقة العملالمرساة
تتطلب صناعة التيتانيوم الاهتمام بالنظافة. ليس من غير المعتاد أن تقوم المحلات التي تتعامل مع عدة معادن بعزل منطقة معينة لاستخدامها خصيصًا للتيتانيوم. يجب أن تكون المنطقة المخصصة للتيتانيوم خالية من تيارات الهواء والرطوبة والغبار والشحوم والمواد الملوثة الأخرى التي قد تجد طريقها إلى المعدن أو عليه.

لحام مرساة التيتانيوم
يمكن لحام التيتانيوم ومعظم سبائك التيتانيوم بسهولة، باستخدام عدة عمليات لحام. اللحامات المصنوعة بشكل صحيح في حالة اللحام تكون قابلة للطرق، وفي معظم البيئات، تكون مقاومة للتآكل مثل المعدن الأساسي. من ناحية أخرى، قد تكون اللحامات السيئة هشة وأقل مقاومة للتآكل مقارنة بالمعدن الأساسي.

إن التقنيات والمعدات المستخدمة في لحام التيتانيوم تشبه تلك المطلوبة للمواد الأخرى عالية الأداء، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو السبائك ذات القاعدة النيكل. ومع ذلك، يتطلب التيتانيوم اهتمامًا أكبر بالنظافة واستخدام حجب الغاز الخامل المساعد مقارنة بهذه المواد. يجب حماية معدن اللحام المصنوع من التيتانيوم المنصهر تمامًا من التلوث بالهواء. كما يجب حماية المناطق المتأثرة بالحرارة الساخنة والجانب الجذري من لحامات التيتانيوم حتى تنخفض درجات الحرارة إلى أقل من 800 درجة فهرنهايت (427 درجة).

يتفاعل التيتانيوم بسهولة مع الهواء والرطوبة والشحوم والأوساخ والمواد المقاومة للحرارة ومعظم المعادن الأخرى لتكوين مركبات هشة. إن تفاعل التيتانيوم مع الغازات والمواد المذابة يجعل عمليات اللحام الشائعة مثل اللحام بالغاز والقوس المعدني المحمي والقوس المذاب واللحام بالقوس المغمور غير مناسبة. وبالمثل، فإن لحام التيتانيوم بمعظم المعادن غير المتشابهة غير ممكن، لأن التيتانيوم يشكل مركبات هشة مع معظم المعادن الأخرى؛ ومع ذلك، يمكن لحام التيتانيوم بالزركونيوم والتنتالوم والنيوبيوم.

على الرغم من الاحتياطات، يقوم العديد من المصنعين بشكل روتيني واقتصادي بلحام التيتانيوم، مما يجعل اللحامات سليمة وقابلة للطرق بمعدلات مماثلة للعديد من المواد الأخرى عالية الأداء. إحدى الفوائد المهمة للحام الدرجات التجارية النقية من التيتانيوم هي أنها تحتوي على أكثر من 99% من التيتانيوم النقي ولا يوجد أي قلق بشأن الفصل. وينطبق الشيء نفسه على أسلاك اللحام أو قضبان اللحام في الدرجات التجارية النقية.

عمليات اللحام
غالبًا ما يتم لحام التيتانيوم وسبائكه باستخدام عمليات اللحام بقوس التنغستن الغازي (GTA أو TIG) وقوس المعدن الغازي (GMA أو MIG). كما تُستخدم اللحام بالمقاومة وقوس البلازما وشعاع الإلكترون والاحتكاك على التيتانيوم بدرجة محدودة. توفر كل هذه العمليات مزايا لمواقف محددة. ومع ذلك، ستتناول المناقشة التالية بشكل أساسي اللحام بقوس التنغستن الغازي وقوس المعدن الغازي. العديد من المبادئ التي تمت مناقشتها قابلة للتطبيق على جميع العمليات.

أنواع اللحام: قوس التنغستن الغازي (GTA) وقوس المعدن الغازي (GMA)
يمكن استخدام عملية GTA لصنع وصلات مؤخرة بدون معدن حشو في صفائح قاعدة من التيتانيوم يصل سمكها إلى حوالي 1/8- بوصة. تتطلب المقاطع الأثقل عمومًا استخدام معدن حشو ومفاصل محززة. يمكن استخدام عملية اللحام GTA أو GMA، على الرغم من أن لحام GMA أكثر اقتصادًا للمقاطع التي يزيد وزنها عن نصف بوصة تقريبًا. إذا تم استخدام عملية GTA، فيجب توخي الحذر لمنع ملامسة قطب التنغستن للبركة المنصهرة، وبالتالي منع التقاط التنغستن.

مزود الطاقةAnchor
يتم استخدام مصدر طاقة تقليدي متصل بقطبية مستقيمة تيار مستمر (DCSP) في لحام التيتانيوم باستخدام GTA. يتم استخدام القطبية العكسية (DCRP) في لحام التيتانيوم باستخدام GMA. يسمح موصل يتم التحكم فيه عن بعد بكسر القوس دون إزالة الشعلة من معدن اللحام المبرد، وبالتالي الحفاظ على حجب الغاز الخامل. تعد التحكم في التيار والموصل بالقدم، وبدء القوس عالي التردد، ومؤقتات الغاز الواقي من الميزات المرغوبة الأخرى.

شعلة اللحام
يُنصح باستخدام شعلة لحام مبردة بالماء، ومجهزة بكأس سيراميك مقاس 3/4- بوصة وعدسة غازية، للحام GTA للتيتانيوم. قد يلزم استخدام كأس مقاس بوصة واحدة للحام GMA. يُنصح باستخدام أقطاب التنغستن الثورية (عادةً 2% ثوريا) للحام GTA للتيتانيوم. تساعد الأقطاب المدببة (طرفها غير حاد) في التحكم في خصائص القوس. يجب استخدام أصغر قطب كهربائي قطره قادر على حمل التيار المطلوب.

مرساة حماية الغاز الخامل
يجب توفير الحماية لحامات التيتانيوم عند التبريد إلى حوالي 800 درجة فهرنهايت (427 درجة) وكذلك بركة اللحام المنصهرة من أجل منع التلوث بالهواء. أثناء لحام GTA وGMA، يتم استخدام غازات الحماية من الأرجون أو الهيليوم من درجة اللحام مع نقطة ندى تبلغ -50 درجة فهرنهايت (-46 درجة) أو أقل لتوفير الحماية اللازمة. هناك حاجة إلى إمدادات غاز منفصلة من أجل:
• الحماية الأولية لبركة اللحام المنصهرة.
• الحماية الثانوية لرواسب اللحام المبردة والمناطق المتأثرة بالحرارة المرتبطة بها.
• توفير الحماية الاحتياطية للجانب الخلفي من اللحام والمناطق المتأثرة بالحرارة المرتبطة به.