钛合金焊接工艺.ppt

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1、特点：钛及钛合金密度小，热膨胀系数小（4.5g/cm-3），道导热性差，摩擦系数大，弹性模量较低，不利于结构的刚度。工业纯钛有很高的化学活性，生成致密氧化膜，在不同条件下(酸、碱、温度)有很好的耐蚀性（<500℃）。强度高，良好的塑性和韧性，足够的抗腐蚀性和高温强度，最为突出的特点是比强度高。因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工业生产中得到了广泛应用，尤其是钢+铁的双金属焊接结构应用更为广泛。因此，对钢与钛焊接的研究更为迫切。钛及其合金的焊接1、钛合金特点、分类及性能钛合金的分类工业纯钛（TA1，TA2，TA3）钛合金α钛合金（TA4，TA5，TA

2、6….）β钛合金（TB1，TB2….）α＋β钛合金（TC1，TC2，TC3….）1、钛合金特点、分类及性能工业纯钛（TA1，TA2，TA3）Ti在885℃以下为密排六方——α钛合金Ti在885℃以上为体心立方——β钛合金Ti在885℃发生同素异构转变纯钛中杂质：H、O、Fe、Si、C、N等O、N、H形成间隙固溶体，Fe、Si等形成置换固溶体，固溶强化（强度、硬度提高，塑性、韧性下降），但H使钛的冲击韧性急剧下降，氢脆。钛合金α钛合金：加入Al、稳定α相，中性元素Sn、Zr。加入Al5％，再结晶温度600℃——800℃，耐热性提高，减少H的敏感性，过多（

3、7％），Ti3Al相——脆性。α钛合金高温强度高、韧性好，抗氧化能力强，焊接性好，组织稳定，但加工性比β钛合金和α＋β钛合金差，不同进行热处理强化，只是600℃——700℃退火消除加工硬化，500℃——600℃不完全退火消除焊接残余应力。β钛合金：含有β稳定元素，含Mo、V、Cr。通过时效热处理，单一相加工性能良好，但高温性能差，焊接性很差，易于形成冷裂纹，焊接结构中很少用。1、钛合金特点、分类及性能钛合金α＋β钛合金：两相，含有Al，稳定α相，中性元素Sn、Zr，β相稳定元素（<6％）。具有α和β相的优点，即高温变形能力和热加工性，又可热处理提高强度

4、。TC4（Ti6Al4V）是广泛应用的α＋β钛合金，不同热处理下两相比例、性质、形态不同。具有良好的压力加工性和焊接性。1、钛合金特点、分类及性能国外在20世纪50年代就开始进行研究.美国在1956年第一次对钛与钢直接进行点焊,由于接头发脆没有成功。一般认为铁在α-Ti中溶解度极小,这样在钛-铁焊缝中除了有铁在α-Ti中的固溶体外,还形成了脆性的TiFe型-金属间化合物,这些相的硬度达Hv600,有的甚至到Hv800～1050,致使焊缝发脆,在冷却过程中形成裂纹,TiFe型及TiC等脆性相是导致焊缝开裂的主要原因。为使钛与铁能焊在一起,必须在焊接过程中

5、避免产生这些脆性相,解决这个问题的途径可以归纳为以下几种:(1)用一种与钛、铁两元素能形成连续的或宽范围固溶体的金属来直接进行焊接;(2)用一种或两种与钛、铁两元素有好的可焊性的金属作为中间填料,使钛与钢间接地焊接起来;(3)采用低于钛、铁熔点的焊接方法。2、钛及钛合金焊接特点接头区脆化：540℃以上，氧化膜疏松，与O、N、H等反应快，接头塑性韧性降低。300℃以上吸H，600℃以上吸O，700℃以上吸N，O、高温固溶，强度提高，塑性下降；N会形成脆性相TiN。H是β相稳定元素，325℃发生共析反应：βα＋γγ（TiH2），片状或针状存在，裂纹源，降低

6、塑性和韧性，焊接中严格控制H来源。2、钛及钛合金焊接特点接头区脆化：常温时，C在α钛中溶解度0.13％，间隙固溶，强度提高，塑性下降。饱和析出TiC，网状分布，塑性降低，焊接裂纹。所以，C<0.1％.合金元素：Al、Ni、Si、Nb、Cr、Mn、Mo等。焊接时采用高纯度惰性气体或无氧氟－氯化物焊剂2、钛及钛合金焊接特点焊接裂纹：熔点高，热容量大，导热性差，形成的熔池大，焊缝和热影响区金属高温停留时间长，晶粒长大，降低接头塑性和韧性，易于产生焊接裂纹。O、H、N多时，焊缝和HAZ变脆，易于产生冷裂纹，延迟裂纹焊缝气孔：氩气、母材、焊丝中O2、N2、H2、

7、CO2、H2O都可以引起气孔其中H是形成气孔的组要气体。措施：加强清理（机械清理和化学清理），缩短焊接时间，良好的焊接工艺等。2、钛及钛合金焊接特点钛及钛合金密度小，强度高，良好的塑性和韧性，足够的抗腐蚀性和高温强度，最为突出的特点是比强度高。因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工业生产中得到了广泛应用，尤其是钢+铁的双金属焊接结构应用更为广泛。因此，对钢与钛焊接的研究更为迫切。2、钛及钛合金焊接特点图12所示为铁－钛合金状态图。铁在钛中的溶解度极低，焊接时焊缝金属中容易形成金属间化合物FeTi、Fe2Ti，使接头金属塑性严重下降，脆性增加。与不锈钢

8、焊接时，钛还会与Fe、Cr、Ni形成更加复杂的金属间化合物，使焊缝严重脆化，甚至产生裂纹、气孔