钛及钛合金的焊接技术.pdf

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1、施工技术■卸蜀麓商2012年02月钛及钛合金的焊接技术赵德明(-t-四冶建设集团云南安装工程有限公司)摘要：本文通过对钛及钛合金材料特点及焊接性的分析研究，井针对钛及钛合金焊接过程中易产生氧化、裂纹、气孔等问题，通过制定合理的焊接工艺，总结出钛及钛合金焊接工艺特点及操作要领。关键词：钛及钛合金：焊接材料；钨极氩弧焊；焊接试验1钛及钛合金的分类及特点钛是一种具有机械和腐蚀性能优异的金属材料，且强度大、密度小，仅为钢的57％(钛比重为4．519／cm3，以0235一A钢为例，其比重为7．851cm9，具有良好的热稳定性及低韧性。同时因为钛对卤素化合物、有机酸，氧化性酸类具有良好

2、的耐蚀性，在氯碱、尿素、硝酸生产中得到广泛的应用。根据钛合金退火状态的室温组织，钛合金可分为三种类型：0【型钛合金、(a+B)型钛合金及B型钛合金。q型钛合金中，应用较多的是TA4、TA5、TA6型的Ti—AI系合金和TA7、TA8型的Ti—A1系合金。这种合金室温下，其强度可达到931N／ram：，而且在高温下(500℃以下)性能稳定，可焊性良好。B型钛合金在我国的应用量较少。2钛及钛合金的焊接性2．1钛及钛合金的物理、化学性能钛的化学活性强，随着温度的增高，其化学活性也将迅速增大，并在固态下能强烈地吸收各种气体。例如：将纯钛板加热到300℃时，在钛板表面就会吸附氢气；而

3、加热至400'E时即吸收氧气；600。E吸收氮气。含有氧、氮、氢等杂质元素的纯钛，焊接接头的强度显著提高，而塑性和韧性急剧下降。钛的熔化温度高、热容量大、电阻系数大、热导率比铝、铁等金属低，所以钛的焊接熔池具有更高的温度、较大的熔池尺寸，热影响区金属在高温下的停留时间长。因此，易引起焊接接头的过热倾向，使晶粒变得十分粗大，接头的塑性显著降低。故在焊接时应采用小电流、高焊速的焊接规范。2．2焊接接头裂纹问题钛及钛合金焊接时，焊接接头产生热裂纹的可能性很小。因为钛及钛合金中S,P、c等杂质含量很少，由s、P形成的低熔点共晶不易出现在晶界上，加之有效结晶温度区间较小，钛及钛合金凝

4、固时收缩量小，焊缝金属不会产生热裂纹。钛及钛合金焊按时，热影响区可出现冷裂纹，其特征是裂纹产生在焊后数小时甚至更长时间称作延迟裂纹。经研究表明这种裂纹与焊接过程中氢弹的扩散有关。焊接过程中氢由高温深池向较低温的热影响区扩散，氢含量的提高使该区析出Till2量增加，增大热影响区脆性。2．3焊缝中的气孔问题钛及钛合金焊接时，气孔是常遇到的问题。形成气孔的直接原因是由于氢影响的结果。防止产生气孔的工艺措施主要有：①保证氖气的纯度，纯度不低于99．99％。②彻底清除焊件表面、焊丝表面上的氧化皮油污等有机物。③对熔池施以良好的气体保护，控制好氩气的流量及流速，防止产生紊流现象，影响保

5、护效果。④正确选择焊接工艺参数，增加深池停留时间使用权于气泡逸出，可有效地减少气孔的出现。3钛板手工钨极氩弧焊焊接试验3．1钛及钛合金焊接当温度高于500。700'12时，焊接时易吸收空气中的氢和氮，严重影响焊接质量。因此，钛及钛台金焊接时，对熔池全面及高温部(400．650。E以上)的焊缝区必须严加保护。为此，钛及钛合金焊接时必须采取特殊的保护措施，即采用喷尺寸较大的焊矩，以扩大气体保护区面积，当喷嘴不足以保护焊缝及近缝区高温金属时，需附充氩气保护拖罩。焊缝和近缝区颜色是保护效果的标翅。银白色表示保护效果最好，黄色为轻微氧化，一"98·般是允许的。表面颜色应符合表1规定。

6、表1焊缝和热影响区的表面颜色焊缝级别艇白、浅黄深黄金紫深蓝银白、浅黄深黄金紫深蓝一级不允许允许不允许二级允许三级允许考虑到工程使用的实用性、高效性，我们先制各了一个简易拖罩。如图(a)，氩气从进气口进入分布管，穿过分布管孔直接进入保护区。采用这种拖罩，焊接保护效果不太好，焊道呈深蓝色。据分析是气流从分布管直接进入保护区。气流不是很均匀、平稳，使高温焊道保护不好被理氧化a3。456因21此我们进一步改进了拖罩的结构，如图国)，氩气从进气孔进入分布管后经拖罩顶部下返；穿过多孔板，多孔板主要起气筛和分布的作用，使氩气流动更平稳，焊接保护效果较好，焊道呈银色或江黄色。拖罩长充L为4

7、0．100ram材质为黄铜。钛及钛合金氩弧焊时，还应注意焊道的背面保护，考虑到焊接变形，我们采用开槽固定铜垫板的方法进行充氩保护，为了使焊道背面行到充分保护，又在糟中加一多孔铜管，使氩气经铜管孔均匀的进入保护区，保护效果良好。焊道背面呈银白色。1．焊矩2尾拖罩1．焊矩2．展拖罩图(a)图(b)图13．2TA2板I8=8}手工钨极氩弧焊焊接工艺及参数的选择，’(1)焊前准备。焊件和焊丝表面质量对焊接接头的力学性能有很大影响因此必须严格清理。焊件及焊丝可采用机械清理及化学清理两种方法。①机械清理法：用钢丝刷或钢丝轮清除