鈦及其合金的最佳釺焊方法

2021-01-09 威爾鼎王

鈦合金為活性金屬,在航天航空、石油化工及原子能工業得到廣泛的應用,鈦及鈦合金釺焊中的主要問題表現在以下幾個方面:

①表面的氧化膜穩定,鈦及其合金與氧親和力大,表面容易生成一層很穩定的氧化膜,從而阻焊釺料的潤溼和鋪展,故釺焊時必須將其去除。

②具有強烈的吸氣傾向,鈦及其合金在加熱過程中對氫、氧和氮具有吸收傾向,而且溫度越高,吸納越嚴重,從而使鈦金屬的塑性和韌性急劇降低,故釺焊應在真空或惰性氣氛中進行。

③易於形成金屬間化合物,鈦及其合金能同大多數針料發生化學反應,生成脆性化合物,造成接頭變脆。因此,用於釺焊其他的材料的釺料基本上不適用於釺焊活性金屬。

④組織和性能易於變化。鈦及其合金在加熱時會發生相變和晶粒粗化,溫度越高,粗化越嚴重,所以高溫釺焊的溫度不宜過高。

總之,釺焊鈦及其合金時必須注意釺焊加熱溫度。一般說來,釺焊溫度不宜超過950~1000℃,釺焊溫度越低,對母材性能的影響也越小。對淬火時效合金來說,也可以在不超過時效溫度的條件下進行釺焊。

為了防止釺焊接頭的氧化及吸氧、吸氫反應,鈦及鈦合金釺焊是在真空和情性氣氛中進行的,一般不採用火焰釺焊。在真空或氯氣中釺焊時,可以採用高頻加熱、爐中加熱等方法,加熱速度快保溫時間短,界面區的化合物較薄,接頭性能較好。因此,必須控制針焊溫度和保溫時間,使釺料流滿間隙即可。

之所以鈦及鈦合金最好是在真空和氬氣中釺焊,是因為在真空釺焊時,雖然鈦對氧的親和力很大,但是鈦在13.3Pa真空度下就能得到光潔的表面,這是由於表面的氧化膜可向鈦中溶解所致。

在氬氣保護下釺焊,釺焊溫度範圍為760~927℃時,為了防止鈦變色,要求高純的氬氣,一般使用製冷存儲容器中的液態氬因為它具有很高的純度。

釺焊鈦及鈦合金時,經常在界面上或釺縫內形成脆性化合物,降低釺焊接頭的性能。為此可用擴散焊方法來改善釺焊接頭的性能。釺焊時,在鈦合金之間分別放上50μm厚的銅箔、鎳箔或銀箔,依靠鈦與這些金屬的接觸反應,分別形成Cu-Ti、Ni-Ti和Ag-Ti共晶。然後再把這些脆性金屬間化合物擴散掉,在一定溫度和一時間下擴散釺焊的接頭具有相當好的性能。

另外,a+B相鈦合金可以在退火、固溶處理或時效狀態下使用。如果釺焊後要求退火,則有三種方案可供選擇:退火後在退火溫度或低於退火溫度下釺焊;在退火溫度以上的溫度釺焊,並在釺焊循環中採取分段冷卻工序,從而還獲得退火組織;在退火溫度以上的溫度釺焊,然後進行退火處理。

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