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鈦及鈦合金的焊接

鈦是一種活性金屬,常溫下能與氧生成致密的氧化膜而保持高的穩定性和耐蝕性,540攝氏度以上生成的氧化膜則不致密,高溫下鈦與氧、氮、氫反應速度較快,鈦在300攝氏度以上快速吸氫,600攝氏度以上快速吸氧,700攝氏度以上快速吸氮,在空氣中鈦的氧化過程很容易進行。
         工業純鈦薄板在空氣中加熱至650~1000攝氏度,溫度越高,時間越長,彎曲塑性下降越多,焊接時剛凝固的焊縫金屬和高溫近縫區,如果不能受到有效的保護,必然引起塑性下降;液態的熔池和熔滴若得不到有效保護,則更容易受到空氣等雜質沾污,脆化程度更嚴重。

        由于鈦及鈦合金的特殊性,因此焊接過程中存在以下困難。
         1).氧和氮的影響
         氧和氮間隙固熔于鈦中,使鈦晶格畸變,變形抗力增加,強度和硬度增加,塑性和韌性卻降低,焊縫中含焊氧、氮是不利的,應設法避免。
         2).氫的影響
         氫的增加會使鈦的焊縫金屬沖擊韌性急劇下降,而塑性下降少許,氫化物會引起接頭的脆性。
         3).碳的影響
         常溫下,碳以間隙形式固溶于鈦中,使強度增加,塑性下降,但不如氧、氮明顯,碳量超過溶解度時生成硬而脆的TiC,呈網狀分布,易產生裂紋,國標規定鈦其鈦合金中碳含量不得超過0.1%,焊接時,工件及焊絲的油污能增加碳含量,因此焊接時需清理干凈。
         4).金屬間化合物引起脆化
         鈦只能與很少幾種稀有金屬如Zr、Hf、Nb、Ta、V等無限固溶,易于實際直接焊接,而鈦與常用金屬(如:鐵、鈷、鎳、銅、鋁)都會發生成多種金屬間化合物,而金屬間化合物晶體存在共價鍵,且晶體結構復雜,對稱性差,滑移系少,位錯運動困難,因此大多金屬間化合物具有脆性,從而引起焊縫脆化,使焊接帶來極大的困難。
         5).焊接相變化引起性能變化
         由于鈦的熔點高,比熱及熱導系數小,冷卻速度慢,焊新熱影響區在高溫下停留時間長,使高溫晶粒極易過熱粗化,接頭塑性降低。 
         6).裂紋
         由于鈦及鈦合金中S、P、C等雜質很少,低熔點共晶很難在晶界出現,有效結晶溫度區間窄,加之焊縫凝固時收縮量小,因此很少出現焊接熱裂紋。
         焊接時保護不良時,會出現熱應力裂紋和冷裂紋;另焊接時熔池和低溫區母材中的氫向熱影響區擴散,會引起延遲裂紋;加強焊接保護,防止有害雜質沾污和焊前預熱,焊后緩冷可以減少甚至消除熱應力裂紋和冷裂紋。 
         7).氣孔
         氣孔是鈦及鈦合金焊接時最常見的焊接缺陷,分焊縫中部氣孔和熔合線氣孔兩種。氣孔的存在將大幅降低接頭的疲勞強度, 焊絲和工件表面清潔度則是引起氣孔的主要原因。

        鈦及鈦合金的焊接工藝
         1).數字化脈沖熔化極氣體焊護焊(脈沖MIG焊機)
         采用偉晟公司的DSP系列數字化脈沖熔化極氣體保護焊,此焊機具有較大且集中的熱功率,用于中厚板的焊接,可減少焊接層數,提高焊接速度和生產率,降低成本,另外氣孔也比鎢極氬弧焊少。焊絲需用氣保焊專用的ERTi-1、ERTi-2、ERTi-3、ERTi-4、ERTi-6-Al;短路過渡適合較薄件焊接,噴射過渡則適合較厚件焊接,由于脈沖熔化極焊接時填絲較多,故焊接坡口角度較大,厚15~25mm一般選用90度單面V形坡口或不開坡口,留1~2mm間隙兩面各焊一道,另外可用拖罩加強焊接時的保護。

2019年5月15日 15:33
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