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鈦材的焊接機理及檢測

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦合金,鈦設備,鈦材 發布時間:2016-5-3 15:10:29
鈦材具有優良的耐腐蝕性能,可用于其它金屬材料難以勝任的高氯離子濃度介質下工作的設備,選材上一般采用加工性能及力學性能優良的工業純鈦。工業純鈦中的雜質能提高材料的強度,但會使塑性顯著降低,以上3種等級的工業鈦材隨雜質的增多強度依次增加,塑性同時依次下降。與鈦合金相比,純鈦的強度較低,但塑性及韌性較好,特別是低溫沖擊韌性優良, 缺點是溫度升高時強度顯著下降,故只能在350℃以下溫度使用,與普通容器用鋼相比,鈦材屈強比較高,塑性韌性相對較差。
 
常溫下鈦材是很穩定的,但隨著溫度升高,鈦焊縫吸收氫、氧、氮的能力隨之也明顯上升。試驗研究表明, 鈦材一般從250℃開始就吸收氫、氧、氮,在焊接時,溫度越高,保溫時間越長,焊縫塑性則越差,所以在焊接鈦材時,如采用氬弧焊接,普通的焊槍是不能滿足要求的,因為它不能使焊縫得到有效的保護,普通焊槍形成的保護氣只能保護焊接熔池,對于處于已凝固的高溫區的焊縫及熱影響區, 不能提供保護,就會造成高溫焊縫及熱影響區吸收氫、氧、氮等氣體。氮、氧和氫的侵入均能在焊縫形成間隙固溶體,使焊縫的強度提高,降低焊縫的塑性及韌性,而氫還會顯著降低焊縫的沖擊韌性進而使焊接接頭脆化。因此,焊接時要對于400℃以上的高溫區給予充分的保護,包括焊縫背面。
 
關于鈦合金的激光焊接目前的應用趨勢是越來越廣泛,激光焊接的變形小,生產效率高,而且實現自動化的程度比電子束和TIG 要高。同電子束焊接相比,激光焊不需要真空室等復雜的設備,所以激光焊接實用性更強,而且激光焊可以以不同焊接狀態直接焊接。CO2 激光由于功率大,使用25kW/h 可以一次性焊透20mm厚的鈦板。Nd : YAG 激光由于可以使用光纖進行能量傳輸而使得YAG 的焊接更具靈活性,但由于功率低而使得穿透深度受到限制。激光焊接時輕易產生飛濺,這樣就使得表面不清潔,在不能進行焊后處理時一定要特別小心。
 
當焊縫氫、氧、氮、碳的含量較高時,焊縫及熱影響區會變脆,在較大焊接應力作用下會出現裂紋,這些裂紋一般是在較低溫度下形成的,產生原因主要與焊接區氣體的保護及待焊工件表面的清理有關。對于鎢極氬弧焊而言,良好的氣體保護,徹底地清理干凈待焊區域,即可避免裂紋的產生。鈦材焊接時的氣孔形成原因主要是在保護氣及母材焊絲中含有的氫、氧、氮、水等雜質,工件表面或鈦焊絲上的油脂、氧化物等污染未能清理干凈。所以消除氣孔形成的方法就是要使用較高純度的氬氣進行保護,一般純度要達到99.99%,并對焊接時400℃ 以上的區域進行充分的保護,同時焊接前仔細清理鈦絲、坡口、工件上的油脂等氧化物。
 
鈦及鈦合金焊接對焊接時保護要求非常嚴格,當焊縫含碳量為0.55%時,焊縫塑性幾乎全部消失而變成非常脆的材料,焊后熱處置也無法消除此種脆性。國技術條件規定,鈦合金母材的含碳量不大于0.1%焊縫含碳量不逾越母材含碳量。 鈦合金中有很多元素,它們對鈦的物理性能都有影響,其中碳是鈦及鈦合金中常見的雜質,當碳含量為0.13%以下時,碳因深在α鈦中,焊縫強度極限有些提高,塑性有些下降,但不及氧氮的作用強烈。但是當進一步提高焊縫含碳量時,焊縫卻出現網狀TiC其數量隨碳含量增高而增多,使焊縫塑性急劇下降,焊接應力作用下易出現裂紋。
 
大多數鈦合金可以使用氧乙炔焊的方法進行焊接,并且所有的鈦合金均可以使用固態焊接方法進行焊接( 如TIG、MIG 、等離子弧焊、激光和電子束焊接) 。事實上,鈦合金焊接接頭發生裂紋的傾向性要比玄色金屬( 如鐵合金、鎳合金) 小得多。盡管鈦合金具有如此良好的性質和其他一些優異的焊接特性,一些工程師們仍然以為鈦合金的焊接是相當困難的,主要在于鈦合金焊接對于氣體保護的要求特別高,一般只有非常專業的職員才能保證氣體保護符合要求。實際上,很多焊接手段均可以用來焊接鈦合金。由于在焊接過程中引進的空氣的N2 、O2 和含碳物質使得鈦合金的熔化焊接頭變脆,因此待焊區一定要清理干凈并使用惰性氣體保護。焊接材料基本上也是根據被焊材料的特性進行選取的。鈦合金的焊接性一般根據焊接接頭的延展性和強度來評價。對鈦合金焊接部位進行目視檢查,主要是為了評估氣體保護的好壞。當表面呈銀白色時,表示氣體保護非常好;而當表面為淺黃色或深黃色,表示鈦合金受到稍微污染,但仍然還是可以接受的;表面為深藍色,表示污染比較嚴重,但由于使用工況的不同,有的可以使用;表面為淺藍色,污染嚴重,幾乎不可能使用;表面為灰藍色或灰色時,污染非常嚴重,不可使用;同樣表面為白色時,污染非常嚴重,不可用。
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