钛及钛合金真空自耗电弧熔炼自耗电极“破断”原因分析

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1、钛及钛合金真空自耗电弧熔炼自耗电极“破断”原因分析摘要：本文分析了钛及钛合金真空自耗电弧熔炼中自耗电极“破断”的各种原因：电极块疏松、自耗电极组焊不牢靠、熔炼前炉内焊接不牢靠、熔炼参数及应急操作，提出了解决方案。通过实践总结，对原料混合均匀，采取合适的压力及保压时间，电极块致密性好，且组焊的电极间接触紧密，焊点熔池深度达3mm以上，用加强筋加固电极焊缝处，以及保证焊接时的导电面积及焊接面积达到70%以上、选取合适的熔炼参数，短弧操作，不仅可以避免发生破断事故，而且提高了规模化生产中钛及钛合金大规

2、格铸锭的质量及生产效率。关键词：钛及钛合金真空自耗电弧熔炼破断1概述目前，生产钛及钛合金铸锭的基本方法仍为真空自耗电弧(vacuumarcremehing，var)熔炼，此方法不仅能提供致密的铸锭，而且在不同程度上可以将金属材料提纯。由于当前工业对大型锻件的需求，大规格铸锭也应运而生，国外工业发达国家熔炼钛铸锭吨位多为8～15t[1]，国内最高达12吨。用var法熔炼大规格钛合金过程中，由于自耗电极强度不能承受自重及熔炼升降震动的影响[2]，从未熔化部分的某处或从辅助电极与自耗电极的焊接面断裂掉

3、入熔池，导致电弧熄灭，自耗熔炼过程被迫中断的一种熔炼现象称之为“破断”。首先，自耗电极破断会导致铸锭内部冶金缺陷——夹杂。其次，可能引起边弧，导致坩埚被击穿进水，达到一定条件后发生氢气爆炸，破坏炉体，甚至摧毁厂房，发生严重的安全事故。最后，若在生产中发生破断，一般的处理办法是将自耗电极重熔，且重熔前需经过车床扒皮，除掉自耗电极表层氧化物，再进行炉内焊接、熔炼等工序，这样势必会延误生产，降低生产效率。本文主要对钛及钛合金真空自耗电弧熔炼中自耗电极破断的原因进行了分析，并提出了相应的解决办法，提高了

4、规模化生产中钛及钛合金大规格铸锭的质量及生产效率。2var法熔炼自耗电极“破断”原因分析及解决办法2.1电极块疏松熔炼钛及钛合金的原材料——海绵钛粒度一般为0.83～12.7mm及0.83～25.4mm，用油压机压制的电极块密度一般大于3.3g/cm3。海绵钛的海绵度是影响自耗电极强度的主要因素，海绵度好、颗粒细小的海绵钛在压制过程中电极块致密性好，表面不易掉渣，制作的电极质量较高，不易断裂。反之，海绵度差、颗粒较大的海绵钛在压制过程中，由于塑性差，难于成型，制备的电极块密度小，表面有裂纹和虚角

5、，强度差，易断裂。此外，由于近几年海绵钛的价格起伏较大，在价格较高时，有不少生产企业为了节约成本，对于一些民用产品，会在生产过程中添加部分钛屑，经实践证明，在控制好加入量的前提下，适量的加入不会影响钛产品的成分，但是屑状料的加入势必对电极块的密度产生影响，导致电极块疏松，容易引发破断事故。基于以上问题，在规模化的生产中，为了保证产品的质量，对海绵度和颗粒有差异的海绵钛用自动称重——混布料系统操作，使原料混合均匀，这样可以压制出致密性好的电极块；对于原料中加入钛屑的情况，可以要求钛屑尺寸尽可能细小

6、，使其与原料混合均匀，保证压制的电极块不疏松。此外，在压制添加钛屑的原料时，采取合适的压力及保压时间，可以提高电极块的密度。解决了以上问题，这样就可以压制出致密、质量满足要求的电极块。2.2自耗电极组焊不牢靠钛是高活性金属，在高温下会与氧、氢、氮等气体发生剧烈反应，在空气中熔焊会使它的焊缝完全脆化，因此钛及钛合金在防止与气体剧烈反应的条件下才具有可焊性，由于保护不善造成的吸气会影响钛及钛合金的焊接性能。此外，钛焊缝中的冷裂纹是过量氢化物造成的，冷裂纹有时会延迟较长时间出现[3]，最终导致焊缝开裂

7、。鉴于以上原因，为了保证焊缝的强度，要严格控制焊接材料中的有害杂质，尤其是氢、氧、碳、氮等间隙元素的含量，在焊接前对焊接材料、设备进行严格清理。自耗电极的组焊强度是影响电极质量的最关键因素。在生产过程中经常会出现因压制模具变形导致电极块端面不平整、边角有较多毛刺的现象，如果不加以处理或处理不完全，会出现电极块在组焊时彼此不能紧密接触，或容易在焊接时出现虚焊的现象，这就会直接影响电极的焊缝强度。电极块在组焊时彼此不能紧密接触，还会引起熔炼时电极导电、导热性差，从而导致电极从焊缝处断裂，发生“破断”

8、事故。自耗电极组焊方式见图1。为了防止此现象的发生，有以下两种解决办法：①电极组焊前，仔细检查电极块的端面是否平整，去除边角毛刺，敲平凸起处，将电极块在摆料架上摆放整齐，且在焊料架上固定、夹紧，使每个电极块的轴线都重合，这样才能保证电极块间接触紧密。②保证组焊焊点的熔池深度达到3mm以上，且无氧化、无夹杂，这样才能保证焊缝的强度大于母材，避免焊缝氧化后发生脆裂。此外，还可以通过在电极两侧焊接同种牌号的钛板条加强筋，钛板条可采用钛板的边角余料，这样既加固了电极，又利用了部分钛残料，节约了成本，达到