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鈦及鈦合金的焊接技術

來源:鈦,鈦合金 發布時間:2012-8-2 10:47:25
及鈦合金的焊接:
鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能,在氧化性、中性及有氯離子介質中,其耐腐蝕性優于不銹鋼,有時甚至為普通奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti10倍。工業純鈦塑性好,但強度較低,具有良好的低溫性能,其線膨脹系數和熱導率都不大,這都不會給焊接帶來困難。鈦合金的比強度大,又具有良好的韌性和焊接性,在航天工業中應用最為廣泛。鈦及鈦合金在我國現行標準中按其退火態的組織分為α鈦合金、β鈦合金和α+β鈦合金三類,分別用TATBTC表示。在石化行業中的壓力容器設備中,牌號為TA2這種工業純鈦使用為居多。
1.
鈦及鈦合金的焊接特點
雜質元素的沾污引起脆化
鈦是一種活性元素,特別是在焊接高溫下非常容易吸收氮、氫、氧,從而使焊縫的硬度、強度增加,塑性、韌性降低,引起脆化。碳也會與鈦形成硬而脆的TiC,易引起裂紋。因此,鈦及鈦合金焊接時必須進行有效的保護,防止空氣或其他因素的污染。因此鈦及鈦合金焊接不能采用氣焊或焊條電弧焊方法進行,否則接頭滿足不了焊接質量要求,一般只能采用氬氣保護或在真空下焊接。
焊接相變引起的接頭塑性下降
常用的工業純鈦為α合金,焊接時由于鈦導熱差、比熱小、高溫停留時間長、冷卻速度慢,易形成粗大結晶;若采用加速冷卻,又易產生針狀α組織,也會使塑性下降。
產生焊接裂紋
鈦合金焊接時產生的焊接熱裂紋的幾率極小,只有當焊絲或母材質量不問題時才可能產生熱裂紋。由氫引起的冷裂紋是鈦合金焊接時應注意防止的,焊接時熔池和低溫區母材中的氫向熱影響區擴散,引起熱影響區含氫量增加,造成熱影響區出現延遲裂紋。
氣孔
鈦及鈦合金焊接時氣孔是最常見的焊接缺陷。焊絲或母材表面清理不干凈或氬氣不純都會造成氣孔產生,因此保護氣-氬氣純度要求在99.99% 以上,焊絲及工件表面要酸洗、凈水沖洗后烘干。
2.
鈦及鈦合金的鎢極氬弧焊
鈦及鈦合金焊接時采用最多的就是鎢極氬弧焊,對于較厚的工件也可采用熔化極氬弧焊,對于技術要求嚴格的航天工業中一些重要設備經常也采用真空電子束焊接。
焊絲的選用。焊絲的選用應使在正常焊接工藝下的焊縫在焊后狀態的抗拉強度不低于母材退火狀態的標準抗拉強度下限值,焊縫焊后狀態的塑性和耐蝕性能不低于退火狀態下的母材或與母材相當,焊接性能良好,能滿足鈦容器制造和使用的要求。
焊絲中的氮、氧、碳、氫、鐵等雜質元素的標準含量上限值應大大低于母材中雜質元素的標準含量上限值。不允許從所焊母材上裁條充當焊絲,應采用JB/T 4745-2002《鈦制焊接容器》中附錄D中的焊絲用作鈦容器用焊絲。雜質元素含量不高于JB/T 4745-2002中附錄D的其他標準的焊絲也可使用。母材牌號與推薦所用焊絲牌號表列于表10-8中。

10-8 鈦及鈦合金推薦焊材

母材牌號
TA0
TA1-A
TA1
TA2
TA3
TA9
TA10

推薦所用焊絲牌號
STA0R
STA1R
STA2R
STA3R
STA9R
STA10R

一般情況下可按表10-8根據所焊母材牌號來選擇相應的焊絲牌號,并通過JB/T 4745-2002中附錄B的焊接工藝評定驗證。
不同牌號的鈦材相焊時,一般按耐蝕性能較好和強度級別較低的母材去選擇焊絲材料。
保護氣體的選用。焊接用氬氣純度不應低于99.99%,露點不應高于-50℃,且符合GB 4842-1984的規定。當瓶裝氬氣的壓力低于0.5MPa時不宜使用。
鎢極。鎢極氬弧焊時推薦采用鈰鎢電極。電極直徑應根據焊接電流大小選擇,電極端部應為圓錐形。
鈦及鈦合金氬弧焊時,最關鍵的是要將焊接高溫區與空氣隔離開,為了有效地進行保護,焊炬噴嘴、拖罩和背面保護裝置通以適量流量的氬氣是極其重要的。焊縫及近縫區顏色是衡量保護效果的標志,銀白色、淺黃色表示保護效果好,深黃色為輕微氧化,一般情況下還是允許的,金紫色表示中度氧化,深藍色表示嚴重氧化,至于灰白色是絕對不允許的,表示焊縫已經變質,必須報廢重焊。
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