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純鈦接頭脆化的焊接性分析

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-6-9 9:12:08
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。
 
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。
 
鈦焊接接頭中氣孔的產生主要受焊接前的清潔程度和焊接接頭的預備以及焊接時間是非的影響,同時還有其他一些因素。盡管表面不清潔導致的吸氫是弧焊接頭氣孔產生的主要原因,但其他因素如氧氣、氮氣、二氧化碳以及用作保護的惰性氣體均有可能導致氣孔的產生。同鋁的氧化物一樣,的氧化物具有吸濕性,很輕易從環境大氣中吸收濕氣。鈦部件同含水( 或含水汽) 的接頭進行焊接時就會有氣態的氫溶解到接頭中,隨后在凝固時形成小孔。減少鈦焊接接頭中氣孔的措檀越要有:( 1) 鈦部件和焊料要干燥。( 2) 預備好的焊料建議在48h 內使用完。( 3) 待焊鈦部件的部位與焊料進行往油脂與清洗,然后進行酸洗。( 4) 使用高純氬氣或氦氣進行保護。焊材的選擇一般是要求焊材的成分與被焊鈦材相匹配,但為了改善接頭性能,有時也可選用屈服強度低于母材的焊接材料。在AWS A5.16中規定有工業純鈦焊絲的成分與性能,國標中規定的焊絲成分與性能同AWS一致。在確保嚴格清理干凈待焊區域及保護氣良好的情況下,采用如表3規范進行焊接,焊材選用與母材等成分的TA2(AWS 為ERTi-2)焊絲,層間溫度控制≤100℃,層間清理干凈焊縫表面。焊縫保護效果判斷:銀白色為保護最好;淺黃色為輕微氧化;藍色表示氧化嚴重;灰色則為極差,按不合格處理。
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