鈦及鈦合金的焊接性分析

2020-12-05 無線融合

一、鈦及鈦的分類及特點

國產工業純鈦有TA1、TA2、TA3三種,其區別在於含氫氧氮雜質的含量不同,這些雜質使工業純鈦強化,但是塑性顯著降低。工業純鈦儘管強度不高,但塑性及韌性優良,尤其是具有良好的低溫衝擊韌性;同時具有良好的抗腐蝕性能。所以,這種材料多用於化學工業、石油工業等,實際上多用於350℃以下的工作條件。根據鈦合金退火狀態的室溫組織,可將鈦合金分為三種類型: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,其強度可達到931MPa,而且在高溫下(500℃以下)性能穩定,可焊性良好。β型鈦合金在我國的應用量較少,其使用範圍有待進一步擴大。

鈦合金典型應用

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,這些焊接特點是由於鈦及鈦合金的物理化學性能決定的。

1.氣體及雜質汙染對焊接性能的影響

在常溫下,鈦及鈦合金是比較穩定的。但試驗結果表明,在焊接過程中,液態熔滴和熔池金屬具有強烈吸收氫、氧、氮的作用,而且在固態下,這些氣體已與其發生作用。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℃左右開始吸收氫,從400℃開始吸收氧,從600℃開始吸收氮,這些氣體被吸收後,將會直接引起焊接接頭脆化,是影響焊接質量的極為重要的因素。

鈦合金焊縫

2.焊接接頭裂紋問題

鈦及鈦合金焊接時,焊接接頭產生熱裂紋的可能性很小,這是因為鈦及鈦合金中S、P、C等雜質含量很少,由S、P形成的低熔點共晶不易出現在晶界上,加之有效結晶溫度區間

窄小,鈦及鈦合金凝固時收縮量小,焊縫金屬不會產生熱裂紋。鈦及鈦合金焊按時,熱影響區可出現冷裂紋,其特徵是裂紋產生在焊後數小時甚至更長時間,故也被稱作延遲裂紋。經研究表明這種裂紋與焊接過程中氫的擴散有關。焊接過程中氫由高溫深池向較低溫的熱影響區擴散,氫含量的提高使該區析出TiH2量增加,增大熱影響區脆性,另外由於氫化物析出時體積膨脹引起較大的組織應力,再加上氫原子向該區的高應力部位擴散及聚集,以致形成裂紋。防止這種延遲裂紋產生的辦法,主要是減少焊接接頭氫的來源。

3.焊縫中的氣孔問題

鈦及鈦合金焊接時,氣孔是經常碰到的問題。形成氣孔的根本原因是由於氫影響的結果。焊縫金屬形成氣孔主要影響到接頭的疲勞強度。防止產生氣孔的工藝措施主要有:

(1)、保護氣要純,純度應不低於99.99%

(2)、徹底清除焊件表面、焊絲表面上的氧化皮油汙等有機物。

(3)、對熔池施以良好的氣體保護,控制好氬氣的流量及流速,防止產生紊流現象,影響保護效果。

(4)、正確選擇焊接工藝參數,增加熔池停留時間以利於氣泡逸出。

鈦合金氬弧焊

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