鈦及鈦合金的材料特點(diǎn)及焊接性、并針對(duì)鈦及鈦合金焊接中易產(chǎn)生氧化、裂紋、氣孔籌焊接缺陷，進(jìn)行了焊接性試驗(yàn)。能過(guò)對(duì)鈦及鈦合金焊接工藝規(guī)范的不斷摸索，以及對(duì)試驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題的合理分析，總結(jié)出鈦及鈦合金焊接工藝特點(diǎn)及操作要領(lǐng)。

一、鈦及鈦的分類(lèi)及特點(diǎn)

工業(yè)純鈦有TA1、TA2、TA3三種，其區(qū)別在于含氫氧氮雜質(zhì)的含量不同，這些雜質(zhì)使工業(yè)純鈦強(qiáng)化，但是塑性顯著降低。工業(yè)純鈦盡管強(qiáng)度不高，但塑性及韌性?xún)?yōu)良，尤其是具有良好的低溫沖擊韌性；同時(shí)具有良好的抗腐蝕性能。所以，這種材料多用于化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)等，實(shí)際上多用于350℃以下的工作條件。

根據(jù)鈦合金退火狀態(tài)的室溫組織，可將鈦合金分為三種類(lèi)型：

α型鈦合金、(α+β)型鈦合金及β型鈦合金。

α型鈦合金中，應(yīng)用較多的是TA4、TA5、TA6型的Ti-AI系合金和TA7、TA8型的Ti+AI+Sn合金。這種合金室溫下，其強(qiáng)度可達(dá)到931N/mm2，而且在高溫下（500℃以下）性能穩(wěn)定，可焊性良好。

β型鈦合金在中國(guó)的應(yīng)用量較少，其使用范圍有待進(jìn)一步擴(kuò)大。

二、鈦及鈦合金的焊接性

鈦及鈦合金的焊接性能，具有許多顯著特點(diǎn)，這些焊接特點(diǎn)是由于鈦及鈦合金的物理化學(xué)性能決定的。

1、氣體及雜質(zhì)污染對(duì)焊接性能的影響

在常溫下，鈦及鈦合金是比較穩(wěn)定的。但試驗(yàn)表時(shí)，在焊接過(guò)程中，液態(tài)熔滴和熔池金屬具有強(qiáng)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(kāi)始吸收氫，從400℃開(kāi)始吸收氧，從600℃開(kāi)始吸收氮，這些氣體被吸收后，將會(huì)直接引起焊接接頭脆化，是影響焊接質(zhì)量的極為重要的因素。

1.1 氫的影響

氫是氣體雜質(zhì)中對(duì)鈦的機(jī)械性能影響最嚴(yán)重的因素。

焊縫含氫量變化對(duì)焊縫沖擊性能影響最為顯著，其主要原因是隨縫含氫彈量增加，焊縫中析出的片狀或針狀TiH2增多。TiH2強(qiáng)度很低，故片狀或針狀衛(wèi)HiH2的作用例以缺口，合沖擊性能顯著降低；焊縫含氫量變化對(duì)強(qiáng)度的提高及塑性的降低的作用不很時(shí)顯。

1.2 氧的影響

 

氧在鈦的α相和β想中都有有較高的熔解度，并能形成間隙固深相，使用權(quán)鈦的晶傷口嚴(yán)重扭曲，從而提高鈦及鈦合金的硬度和強(qiáng)度，使塑性卻顯著降低。為了保證焊接接應(yīng)的性能，除了在焊接過(guò)程中嚴(yán)防焊縫及焊按熱影響區(qū)發(fā)主氧化外，同時(shí)還應(yīng)限制基本金屬及焊絲中的含氧量。

1.3 氮的影響

在700℃以上的高溫下，氮和鈦發(fā)生劇作用，形成脆硬的氮化鈦（TiN）而且氮與鈦形成間隙固溶體時(shí)所引起的晶格歪挪程度，比是量的氧引起的后果更為嚴(yán)重，因此，氮對(duì)提高工業(yè)純鈦焊縫的抗拉強(qiáng)度、硬度，降低焊縫的塑性性能比氧更為顯著。

1.4 碳的影響

碳也是鈦及鈦合金中常見(jiàn)的雜質(zhì)，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)碳含量為0.13%時(shí)，碳因深在α鈦中，焊縫強(qiáng)度極限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用強(qiáng)烈。但是當(dāng)進(jìn)一步提高焊縫含碳量時(shí)，焊縫卻出現(xiàn)網(wǎng)狀TiC，其數(shù)量隨碳含量增高而增多，使焊縫塑性急劇下降，在焊接應(yīng)力作用下易出現(xiàn)裂紋。因此，鈦及鈦合金母材的含碳量不大于0.1%，焊縫含碳量不超過(guò)母材含碳量。 

2、焊接接頭裂紋問(wèn)題

鈦及鈦合金焊接時(shí)，焊接接頭產(chǎn)生熱裂紋的可能性很小，這是因?yàn)殁伡扳伜辖鹬蠸、P、C等雜質(zhì)含量很少，由S、P形成的低熔點(diǎn)共晶不易出現(xiàn)在晶界上，加之有效結(jié)晶溫度區(qū)間窄小，鈦及鈦合金凝固時(shí)收縮量小，焊縫金屬不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。

鈦及鈦合金焊接時(shí)，熱影響區(qū)可出現(xiàn)冷裂紋，其特征是裂紋產(chǎn)生在焊后數(shù)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間稱(chēng)作延遲裂紋。經(jīng)研究表明這種裂紋與焊接過(guò)程中氫彈的擴(kuò)散有關(guān)。焊接過(guò)程中氫由高溫深池向較低溫的熱影響區(qū)擴(kuò)散，氫含量的提高使該區(qū)析出TiH2量增加，增大熱影響區(qū)脆性，另外由于氫化物析出時(shí)體積膨脹引起較大的組織應(yīng)力，再加上氫原子向該區(qū)的高應(yīng)力部位擴(kuò)散及聚集，以致形成裂紋。防止這種延遲裂紋產(chǎn)生的辦法，主要是減少焊接接頭氫的來(lái)源，發(fā)票時(shí)，也呆進(jìn)行冥空遏火處理。

3、焊縫中的氣孔問(wèn)題

鈦及鈦合金焊接時(shí)，氣孔是經(jīng)常碰到的問(wèn)題。形成氣孔的根本原因是由于氫影響的結(jié)果。焊縫金屬形成氣孔主要影響到接頭的疲勞強(qiáng)度。

防止產(chǎn)生氣孔的工藝措施主要有：

3.1 保護(hù)氖氣要純，純度應(yīng)不低于99.99%

3.2 徹底清除焊件表面、焊絲表面上的氧化皮油污等有機(jī)物。

3.3 對(duì)熔池施以良好的氣體保護(hù)，控制好氬氣的流量及流速，防止產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，影響保護(hù)效果。

3.4 正確選擇焊接工藝參數(shù)，增加深池停留時(shí)間使用權(quán)于氣泡逸出，可有效地減少氣孔。

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