鈦材焊接技術
時間:2021-08-11 09:57 作者:admin 點擊:
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一.影響鈦材焊接質量的因素 ? 1. 氣體雜質對焊縫金屬性能的影響 ? 鈦具有很高的化學活潑性,與空氣中的氧、氮有極高的親和力。在較低的溫度下,鈦與氧 相互作用生成一層致密的氧化膜,隨著溫度的提高,氧化膜的厚度隨之增厚,超過 600 ℃鈦 開始吸氧并使氧溶解到鈦中。溫度再高,鈦的活性就會急劇增加并與氧發生激烈反應而生 成鈦的氧化物。鈦在 300 ℃以上開始吸氫,在 700 ℃以上開始吸氮。氧和氮對鈦污染的結果 是使鈦強度和硬度增高而塑性降低。氮比氧的影響程度更大,氫在鈦中含量從 0.01% ~ 0.05% 會使焊縫金屬的沖擊韌性急劇下降,而塑性卻下降較少。這是氫化物引起的脆性,即 所常說的 “ 氫脆 ” 。氫也是引發焊縫產生氣孔的根源。 ? 熔化焊接過程中,熔池像一個小冶金爐,熔融金屬暴露在大氣中。如果不采取相應的防護 措施使熔融的金屬鈦與空氣隔絕,則氧、氮、氫等氣體元素就會熔入鈦中,形成脆性氧化 物或氮化物,致使焊縫金屬的塑性急劇降低,拉伸強度提高,嚴重的情況下將發生脆斷, 塑性等于零。 ? 2. 其他雜質對焊縫金屬性能的影響 ? 其他雜質是指除氣體雜質外,可能熔入熔池的雜質。其來源可能是焊接操作環境不清潔、 戴臟手套觸摸鈦焊件遺留下油污、焊接前用棉紗擦洗接頭、坡口可能留下的棉絮、焊接生 產環境與鋼鐵焊接生產混合可能產生的鐵銹、水分和其他一些有機物等。這些污染物在電 弧高溫作用下分解出氧、氫、氮、碳等元素,然后溶于熔融的鈦中。當這些元素的量超過 在鈦中的溶解度時,便形成相應的化合物( TiO 2 ?TiH 2 ?TiN?TiC) 。這些化合物隨著熔池結晶 而進入鈦的晶格中,致使鈦的晶格畸變、歪曲,從而改變了鈦的力學性能。 ? 有些微量元素少量溶入鈦中,如果其量不超過允許的范圍是可以的,有時也是我們所希望 的。但超量的雜質元素含量是不允許的,特別是有機物雜質,有百害而無一利,這是因為 這些雜質元素除使鈦焊接的力學性能變差,降低而腐蝕性外,還是焊縫中產生氣孔的根源。 ? 3. 焊接金屬和接頭熱影響區的組織變化 ? 鈦是有同素異形體轉變的金屬。 在 882.5 ℃開始發生組織的固態轉變。 882.5 ℃以下晶體結構 為密排六方結構,稱為 α 鈦;在高于 882.5 ℃時, α 結構的鈦轉變為體心立方結構的 β 鈦。 這個轉變過程是熔池由液態變為固態的 “ 瞬間 ” 完成的。而這個 “ 瞬間 ” 長短差異仍對熔池的 結晶形式有影響, “ 瞬間 ” 越長越有利于柱狀晶生長。由于鈦具有熔點高( 1668 ℃),熱容 量大和導熱差等特性,所以焊接時焊縫受到焊接線能量大小和焊縫強制冷卻的好壞影響, 焊縫處于高溫下滯留的 “ 瞬間 ” 就有差異。 “ 瞬間 ” 稍長給熔池結晶的柱狀晶長大和接頭熱影 響加寬提供了條件。這也是焊接接頭塑性下降的重要原因之一。接頭的拉伸強度斷口往往 發生在焊縫熱影響區。為了降低這一不良影響,鈦焊接時盡量采用較軟的焊接規范,即用 較小的焊接線能量和較快的冷卻速度。 ? 4. 氣孔是鈦焊縫中常見和較難避免的缺陷 ? 氣孔生成的機制是焊接過程中溶入液態金屬中的氣體經過擴散、脫溶、成核、長大等過程 而形成氣泡。由于熔池的凝固結晶速度很快,長大的氣泡來不及逸出液態金屬時就以氣孔 的形式殘留在固態金屬中。釀成氣孔的氫氣和 CO 等氣體主要源自有機物的污染物,經電 弧熱作用所產生的。有時焊接前對焊件和焊材做了充分的清潔、清洗,氬氣保護的效果也 理想,但焊縫中仍然有氣孔。