您好,欢迎访问这里是陕西雷奇华能科技有限公司-专业焊接服务,专业激光焊接,专业激光切割!
+13630235678 19991938705
热线电话
陕西雷奇华能科技有限公司-专业焊接服务,专业激光焊接,专业激光切割
联系我们

陕西雷奇华能科技有限公司-专业焊接服务,专业激光焊接,专业激光切割

地址:西安雁塔区区东仪路3号

邮政编码: 710061

焊接工艺及技术咨询:13630235678;19991938705

客服:13669198066 029-88727072

传真:029-88727072

公司邮箱:sxlqhnkj@163.com

公司网址:www.weldtop.com


钛及钛合金与不锈钢焊接分析

发布时间:2019-02-18 20:23:42人气:

一、材料特性:

       钛是20世纪50年代发展起来的一种重要金属,具有比强度高、密度低、耐高温、韧性好、导热性能好和抗疲劳性好等优点,尤其是具有良好的耐腐蚀性能,能在大多数酸、碱、盐及海水中不腐蚀;钛合金可在600℃以上的温度下工作,在同样的工作温度范围内,与钢、镍合金、铝合金相比,钛合金的比强度要高很多。因此,钛在航空航天、国防、核能、船舶等工业部门得到了广泛的应用,钛及钛合金已经成为航空航天工业的脊柱之一。钛不仅成功地取代了易受到严重腐蚀的不锈钢及镍基合金等材料,而且已成为实现某种新工艺流程和新技术的关键部分。

不锈钢是最常用的结构材料、具有一系列优良的性能,如力学性、焊接性、热稳定性等,且成本相对较低。然而钢的耐蚀性能远不如钛合金,且钢的比重较大。

    因此、在某些情况下需要将不锈钢与钛连接起来使用,以充分发挥各自的长处。钛及钛合金与不锈钢的焊接,其复合构件同时具有钛合金与不锈钢的优点,就能充分发挥两种材料在性能与经济上的互补优势。因此,钛及钛合金与不锈钢的焊接,从使用性能角度都非常有必要。

 

二、钛及钛合金/不锈钢的焊接性分析

 

1.钛及钛合金的焊接性

       钛及钛合金的化学活性大,400℃以上时即使在固态情况下也极易被空气、水分、油脂、氧化皮等污染,吸收O2 N2  H2  C等,使焊接接头的塑性及冲击韧度下降,并易引想气孔;其熔点高、热容量小、热导率小的特点,使焊接接头易产生过热组织,晶粒变得粗大,特别是β钛合金,易引起塑性降低;溶解于钛中的氢在320℃时钛会发生共析转变,析出TH2,引起金属塑性和冲击韧度和降低,同时发生体积膨胀而引起较大的应力,严重时会导致冷裂纹产生;氢在钛中的溶解度随温度升高而下降,焊接时沿熔合线附近加热度高,会引起氯的析出,因此气孔常在熔合线附近形成;钛及钛合金的弹性模量相对较小,所以焊接残余变形较大,并且焊后变形的矫正也较为困难。

 

2.不锈钢的焊接性

        由于不锈钢本身所具有的特性,与普碳钢相比不锈钢的焊接及切割有其特殊性,更易在其焊接接头及其热影响区(HAZ)产生各种缺陷。焊接时要特别注意不锈钢的物理性质。马氏体型不锈钢进行焊接时,由于热影响区中被加热到相变点以上的区域内发生a-r(M)相变,因此存在低温脆性、低温韧性恶化、伴随硬件化产生的延展性下降等问题。一般来讲铁素体型不锈钢有475℃脆化、700-800℃长时间加热下发生σ相脆性、夹杂物和晶粒粗代引起的脆化、低温脆化、碳化物析出引起耐蚀性下降以及高合金钢中易发生的延迟裂纹等问题。奥氏体型不锈钢一般具有良好的焊接性能,但其中镍、钼含量高的高合金不锈钢进行焊接易产生高温裂纹。另外还易发生σ相脆性,在铁互体生成元素的作用下生成的铁素体易引起低温脆性,以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后,焊接接头的力学性能一般良好,便当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时极易生成贫铬层,而贫铬层的出现在使用过程中易产生晶间腐蚀。双相不锈钢的焊接裂缝敏感性较低,但在热影响区内铁素体含量的增加会使晶间腐蚀敏感提高,因此可造成耐蚀性降低及低温韧性恶化等问题。

 

3.钛及钛合金与不锈钢的综合焊接性

        钛及钛合金与不锈钢的物理和化学性能差异显著,连接时易在接头外形成脆性相和较大的内应力,导致接头极易开裂,而且在密谋、比热、线膨胀系数、导热系数等物理性能和力学性能上均有较大差异,必然会降低钛及钛合金钢连接的牢固性,即使在固态连接方法下,由于结膨胀系数差别较大,也会在焊接接头中引起较大焊接的残余应力,降低接头性能。钛的化学活性强,在高温下,对氧、氮、氢具有较高的化学亲和力,易形成脆性和韧性急剧下降,显著地增加脆性断裂倾向及裂纹形成 。钛还易与许多其它金属形成金属间化合物,钛与铁易形成金属间化合物TiFe2和TiFe2  。钛钢焊接时,由于钢中存在的Ni 、Cr 、C、等元素也能与T形成TNi 、TCr 、TC、等多种间化合物脆性相使焊缝更脆,性能进一步降低。

 

三、钎焊的特点:

        钎焊具有很多优点,如:加热温度低、对母材影响小,接头残余应力极微;可以根据连接温度、强度选择多种填充金属;适合焊接难熔化的金属,特别是异种金属;密封性好;对于精密的、微型或结构复杂的焊件尤其适用。由于钛的高温活性强,钎焊一般在真空或氩气保护下进行。钛和不锈钢焊接的方法主要有超声波焊接、熔焊、固相压力焊、熔焊-钎焊及液相过度焊等。其中真空钎焊焊接参数容易控制,接头强度较为稳定,可以用来焊接重要的结构件。

 

钎焊分析

       钛及钛合金与钢的物理性能以及结晶化学性能均相差较大,焊接时易在焊缝中形成多种脆性金属间化合物及碳化物,因此焊缝很脆,加上钛钢接头因热膨胀系数相关差较大而存在较大的内应力,导致接头极易开裂,即使在固态下焊接,由于母材组元的相互扩散和迁移,也会在结合面附近形成一个金属间化合物和碳化物的薄层,从而导致接头脆断。因此,必须选择合适的焊接方法来进行钛及钛合金与不锈钢的连接。用钎焊方法来焊接钛及钛合金钢比较理想。因为一方面,钎料的存在可以起到降低应力的作用;另一面,可能过改变钎料和钎焊温度,钎焊时间、钎焊间隙等工艺参数来减小接头办面脆性相(金属间化合物)和生成量及形态分布,从而实现特殊构件及高精度、高可靠性的连接。

        在低真空度下进行钛和不锈钢异种金属的无钎料、无镀层的辉光放电钎焊,结果表明,不锈钢表面的氧化膜可以通过离子轰击减少,也可以被液态钛及钛铜合金破坏,大大发送了钎料对它的铺展性,使钎焊更好的地得以进行;同时,母材向钎料中的溶解造成钎缝成分、组织和性能不均匀,溶解量主要取决于钎料成分、钎焊温度和时间,钎焊时只要选择合适的钎料、严格控制这两个工艺参数,即可获得无溶蚀和钎焊接头。

         对于钛与不锈钢异种金属组合小直径管进行真空高频感应钎焊,不同接头型式、搭接间隙搭接长度对钎焊接头承载能力的影响,得出接头型式、装配间隙和搭接长度是影响接头质量与性能的主要因素。不锈钢作为外套管型式和钎焊接头性能要远远优于钛合金作为外套管型式的接头性能;随着装配间隙的增大,接头承载能力大大降低;钎焊接头的内外部质量未发现任何缺陷,密封性能良好,钛合金与不锈钢母材均与钎料发生了良子的化学反应,并且钎料层与钛合金、不锈钢母材之间没有形成金属间化合物层。

钎料:在一些钛合金复杂结构、精密结构的制造工艺中,在进行钛合金与不锈钢钎焊连接中,常用的主要是金基钎料、银基钎料、铝基钎料和钛基钎料。由于金基钎料价格贵使其应用受到一定的限制,而铜基和镍基钎料由于某种原因开成脆性的金属间化合物而一般不宜使用。银基钎料和铝基钎料具有良好的润湿性和一定的力学性能,银基钎料合多的缺点是对能引艳情腐蚀的氯离子很敏感,高温强度低。美国空边材料实验室和波音试验表明;铝基钎料的熔融温度范围基本上在β相变温度以下,具有较高的剪切强度和良好的耐破损性,但在潮湿环境长期工作时出现了腐蚀,接头脆性,耐疲劳和冲出强度都较低,钛基钎料LQ06与钛合金的冶金相容性好,可以获得高强度的接头,特别是于高温操作和高腐蚀性环境下的接头尤其适合,是钎焊钛合金的优质钎料。

图1为同一温度下不同母材上的钎料铺展试验结果。图2为不同温度下钎料在钛合金上的铺展试验结果。图3钎缝显微组织

\

推荐资讯