鈦及其合金焊接缺陷的產(chǎn)生及防止 ［作者：ycaoli.com 來源：鈦板 點擊數(shù)： 更新時間：2012-02-13 10:52 文章錄入：本站］ 　　被授予“21世紀(jì)金屬”的鈦及鈦合金，由于其具有高的比強度、優(yōu)良的耐熱、耐蝕性及斷裂韌性等優(yōu)點，在航空、航天、石化、醫(yī)療及地質(zhì)等領(lǐng)域受到極大青睞，還越來越廣泛地被應(yīng)用于民用領(lǐng)域，如汽車、電力、休閑等行業(yè)。隨著鈦及其合金的普遍使用，其焊接性能越來越為使用者所重視。為此，本文著重就鈦合金的焊接問題進行相關(guān)技術(shù)交流與探討。 　第一、鈦及其合金的基本性能 　　1．金屬鈦的基本性能 　　鈦是銀白色稀有金屬，比重輕，強度高，耐腐蝕，對人體無害，有漂亮的金屬質(zhì)感。工業(yè)純鈦溶點為1668℃，有兩種同素異構(gòu)體。在882.5℃以下呈密集六方晶格為α鈦；在882.5℃以上呈體心立方晶格為β鈦。工業(yè)純鈦可分為TA1、TA2、TA3三種牌號，焊接性能良好。工業(yè)純鈦容易加工成型，但加工后會產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象。 　　2．鈦合金的基本性能 　　在工業(yè)純鈦中加入合金元素便成為鈦合金，其強度、塑性、抗氧化性等性能顯著提高。按室溫組織可分為三類：α鈦合金，如TA4、TA5；β鈦合金，如TB2；α+β型合金，如TC4。       α鈦合金組織穩(wěn)定，焊接性能優(yōu)良，但加工性能差，不能進行熱處理強化。主要合金元素是鋁（AI），它能提高在結(jié)晶溫度和擴大氫在鈦中的溶解度，從而減少形成氫脆的敏感性，但過多鋁則會出現(xiàn)Ti3AI而引起脆性。       β鈦合金室溫和高溫性能都不理想，焊接性能差，易形成冷裂紋，故在焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用甚少。       α+β型合金的基體是α相，兼有α和β鈦合金的優(yōu)點，有良好的熱加工性能，可以進行熱處理強化，但焊后接頭塑性低，有形成冷裂紋傾向。 　第二、鈦及其合金焊接主要缺陷及其成因分析       1．鈦及其合金焊接主要缺陷 　　鈦及其合金焊接時的主要問題是易產(chǎn)生氣孔和裂紋這兩種缺陷。 　　氣孔是鈦及其合金焊接時最常見的缺陷之一，氣孔不僅造成應(yīng)力集中而且會使整個焊接接頭塑性及疲勞，壽命降低。 　　冷裂紋是鈦及其合金焊接時另一種常見的缺陷。對接接頭的冷裂紋一般處于焊縫橫斷面上。   　 2．導(dǎo)致鈦及其合金焊接主要缺陷的成因 　　在常溫下，鈦及鈦合金是比較穩(wěn)定的。但試驗表明，在焊接過程中，液態(tài)熔滴和熔池金屬具有強烈吸收氫、氧、氮的作用，而且在固態(tài)下，這些氣體已與其發(fā)生作用。隨著溫度的升高，鈦及鈦合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升，大約在250℃左右開始吸收氫，從400℃開始吸收氧，從600℃開始吸收氮，這些氣體被吸收后，將會直接引起焊接接頭脆化，這是導(dǎo)致鈦及鈦合金焊接缺陷的重要因素。由于鈦及鈦合金的上述焊接性能，以致在其焊接實際中容易產(chǎn)生氣孔和裂紋這兩種缺陷。一般認為氫氣是引起氣孔的主要原因。焊縫金屬在冷卻過程中，氫的溶解度會發(fā)生變化，如焊接區(qū)周圍氣氛中氫的分壓較高時，焊縫金屬中的氫不易擴散逸出而集聚在一起形成氣孔。當(dāng)鈦焊縫中的碳大于0.1%、氧大于0.133%時，由氧與碳反應(yīng)生成的CO氣體也可產(chǎn)生氣孔。施工實踐中發(fā)現(xiàn)，隨著焊接電流增大或焊速增大，氣孔有增加傾向。由于鈦的化學(xué)活性強，在400℃以上高溫下極易由表面吸收氧、氮、氫、碳等，由于溶解度的變化引起β相過飽和析出并由焊接過程中體積膨脹引起較大的內(nèi)應(yīng)力作用而導(dǎo)致冷裂紋。另外，鈦的縱向彈性模量比不銹鋼的小，在同樣的焊接應(yīng)力作用下，鈦及其合金的變形量比不銹鋼的大，且校形困難。    第三、鈦及鈦合金焊接缺陷的防范措施      筆者根據(jù)多年來的鈦及其合金實際焊接經(jīng)驗，認為預(yù)防鈦及其合金焊接時產(chǎn)生氣孔和裂紋可采用以下措施：       1．做好焊前準(zhǔn)備。焊件和焊絲表面質(zhì)量對焊接接頭的力學(xué)性能有很大影響，因此必須嚴格清理。鐵板及鈦焊絲可采用機械清理及化學(xué)清理兩種方法。       （1）機械清理：對焊接質(zhì)量要求不高或酸洗有困難的焊件，可用打磨機、細砂紙、硬質(zhì)合金刮刀或不銹鋼絲刷擦拭，但最好是用硬質(zhì)合金刮刀刮削鈦板，去除氧化膜。       （2）化學(xué)清理：焊前可先對試件及焊絲進行酸洗，酸洗液可用HF5%+HNO335%的水熔液。酸洗后用凈水沖洗，烘干后立即施焊�；蛘哂帽�、乙醇、四氯化碳、甲醇等擦拭鈦板坡口及其兩側(cè)（各50mm內(nèi)）、焊絲表面、工夾具與鈦板接觸的部分。清洗待焊件表面并在2小時內(nèi)焊接。        正確選擇焊接設(shè)備。根據(jù)焊接技術(shù)要求與技術(shù)規(guī)范，具體選擇好相應(yīng)的焊接設(shè)備。例如，進行鈦及鈦合金金鎢板氬弧焊，則應(yīng)選用具有下降外特性、高頻引弧的直流氬弧焊電源，且延遲遞氣時間不少于15秒，避免焊遭受到氧化、污染。 　　2．正確選擇焊接材料。氬氣純度應(yīng)不低于99.99%，露點在-40℃以下，雜質(zhì)總的質(zhì)量分數(shù)<0.001%。重要構(gòu)件背面應(yīng)沖氬氣保護，當(dāng)氬氣瓶中的壓力降至0.981MPa時，應(yīng)停止使用，以防止影響焊接接頭質(zhì)量。原則上應(yīng)選擇與基本金屬成分相同的鈦絲，焊絲以真空退火狀態(tài)供應(yīng)。有時為了提高焊縫金屬塑性，也可選用強度比基本金屬稍低的焊絲。 　　3．把握好焊接坡口。原則上應(yīng)盡量減少焊接層數(shù)和焊接金屬。隨著焊接層數(shù)的增多，焊縫累計吸氣置增加，以至影響焊接接頭性能，又由于鈦及鈦合金焊接時焊接熔池尺寸較大，因此試件開單V型70°～80°坡口，且不作擺動。焊絲末端不得移出氣體保護范圍，噴嘴直徑可適當(dāng)加大以擴大保護區(qū)域。 4．注意觀察焊縫金屬表面。焊縫區(qū)金屬顏色與氬氣保護效果   5．注意選擇保護氣體流量。氣體流量的選擇以達到良好的保護效果為準(zhǔn)，過大的流量不易形成穩(wěn)定的層流，并增大焊縫的冷卻速度，使焊縫表面層出現(xiàn)較多的α相，以至引起微裂紋。拖罩中的氬氣流量不足時，焊縫呈現(xiàn)出不同的氧化色澤；而流量過大時，將對主噴嘴的氣流產(chǎn)生干擾作用。焊縫背面的氬氣流量也不能太大，否則會影響到正面第一層焊縫的氣體保護效果。總之,要控制好氣體的流量及流速，防止產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，影響保護效果。       6．正確選擇焊接工藝參數(shù)。增加深池停留時間使用時防止氣泡逸出，可有效地減少氣孔。同時，采用小電流、高焊速的焊接規(guī)范，焊接層數(shù)越少越好。     第四、質(zhì)量檢驗       1．外觀檢查符合GB/T13149-91。       2．射線深傷符合JB4730-94。       3．力學(xué)性能試驗符合GB/T13149-91。 申明：本文出自寶雞市弘森鈦制品有限責(zé)任公司，內(nèi)容為自己所寫，部分信息來自于互聯(lián)網(wǎng)，如因此而侵犯到您的權(quán)益請及時聯(lián)系，我們會立即修改，如有轉(zhuǎn)載本文請留下網(wǎng)址，謝謝您的瀏覽( http://ycaoli.com )。 【打印此文】【關(guān)閉窗口】