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钛及钛合金的材料特点及焊接性

发布时间:2019-02-18 20:17:52人气:

钛及钛合金的材料特点及焊接性,并会对钛及钛合金焊接中易产生氧化、裂纹、气孔等焊接缺陷,进行了焊接性试验。能过对钛及钛合金焊接工艺规范的不断摸索,以及对试验过程出现的问题的合理分析,总结出钛及钛合金焊接工艺特点及操作要领。

钛及钛的分类及特点

工业纯钛有TA1、TA2、TA3三种,其区别在于含氢氮杂质的含量不同,这些杂质使用工业纯钛强化,但是塑性显著降低。工业纯钛尽管强度不高,但塑性及韧性优良,尤其是具有良好的低温冲刺韧性;同时具有良好的抗腐蚀性能。所以,这种材料多用于化学工业、石油工业等,实际上多用于350℃以下的工作条件。

   根据钛合金退火状态的室温组织,可将钛合金分为三种类型:

   α型钛合金、(α+β)型钛合金及β型钛合金。

α型钛合金中,应用较多的是TA4、TA5、TA6型的Ti-AI系合金和TA7、TA8型的Ti+AI+Sn合金,这种合金室温下,其强度可达到931n/mm2,而且在高温下(500℃以下)性能稳定,可焊性良好。

β型钛合金在中国的应用量较少,其使用范围有待进一步扩大。

钛及钛合金的焊接性

钛及钛合金的焊接性能,具有许多显著特点,这些焊接特点是由于钛及钛合金物理化学性能决定的。

1、  气体及杂质污染对焊接性能的影响

在常温下,钛及钛合金是比较稳定的。但试验表时,在焊接过程中,液态熔滴和熔池金属具有强烈的吸收氢、氧、氮的作用,而且在固态下,这些气体已与其发生作用。随着温度的升高,钛及钛合金吸收氢、氧、氮的能力也随之明显上升,大约在250℃左右开始吸收氢,从400℃开始吸收氧,从600℃开始吸收氮,这些气体被吸收后,将会直接引起焊接接头脆化,是影响焊接质量的极为重要的因素。

1.2氧的影响

   氧在钛的α相和β相中都有较高的熔解度,并能形成间隙固深相,使用权钛的晶伤口严重扭曲,从而提高钛及钛合金的硬度和强度,使塑性却显著降低。为了保证焊接接应的性能,除了在焊接过程中严防焊缝及焊接热影响区发生主氧化外,同时还应限制基本金属及焊丝中的含氧量。

 1.3确氮的影响

   在700℃以上的高温下,氮和钛发生剧作用,形成脆硬的氮化钛(TiN)而且氮与钛形成间隙固溶体时所引起的晶格歪挪程度,比是量的氧引起的后果更为严重,因此,氮对提高工业纯钛焊缝的抗拉强度、硬度,降低焊缝的塑性性能比氧更为显著。

1.4 碳的影响

   碳也是钛及钛合金中常见的杂质,实验表明,当碳含量为0.13%时,碳因深在α钛中,焊缝强度极限有些提高,塑性有些下降,但不及氧氮的作用强烈。但是当时理点提高焊缝含碳量时,焊缝却出现网状TiC,其数量随碳含量增高而增多,使焊缝塑性急剧下降,在焊接应力作用下易出现裂纹。因此,钛及钛合金母材的含碳量不大于0.1%,焊缝含碳量不超过母材含碳量

  2 焊接接头裂纹问题

   钛及钛合金焊接时,焊接接头产生热裂纹的可能性很小,这是因为钛及钛合金中S、P、C等杂质含量很少,由S、P形成的低熔点共晶不易出现的晶界上,加之有效结晶温度区间窄小,钛及钛合金凝固时收缩量小,焊缝金属不会产生热裂纹。

钛及钛合金焊接时,热影响区可出现冷裂纹,其特征是裂纹产生在焊后数小时候甚至更长时间称作延迟裂纹。以研究表明这咱裂纹与焊接过程中氢弹的扩散有关。焊接过程中氢由高温深池向较低温的热影响区扩散,氢含量的提高使该区析出HIH2量增加,增大热影响区脆性,另外由于氢化物析出时体积膨胀引起较大的组织应力,再加上氢原子向该区的高应力部位扩散聚集,以致形成裂纹。防止这种延迟裂纹产生的办法,主要是减少焊接接头的氢的来源,发现时,也呆进行真空退火处理。

3、  焊缝中的气孔问题

钛及钛合金焊接时,气孔是经常碰到的问题。形成气孔的根本原因是由于氢影响的结果。焊缝金属形成气孔主要影响到接头的疲劳强度。防止产生气孔的工艺措施主要有:

(1)、保护氖气要纯,纯度应该不低于99.99%

(2)、彻底清除焊件表面、焊丝表面上的氧化皮油污等有机物。

(3)、对熔池施以良好的气体保护,控制好氩气的流量及流速,防止产生紊流现象,影响保护效果。

(4)、正确选择焊接工艺参数,增加深池停留时间使用权于气泡逸出,可有效地减少气孔。

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