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影响钛及钛合金材焊接的性能因素

发布时间 :2019-05-07 15:02:14 浏览次数 :

钛在空气中熔化焊接的最大问题就在于氧化以及由各种污染带来的化合物和金属间化合物等。所谓的污染物是指氧气、氮气以及其他各种油类、尘埃等,这些都会降低钛材焊接质量。污染物不光包括氧气、氮气,还包括有机物、无机物以及除钛以外的金属。如机械加工的油渍、润滑油以及附近车间的铁粉、涂料粉末、周围的水分、潮气、沙子、尘埃等。此外还有从电极当中混入的钨。污染物中空气中的氧气、氮气、水分的危害是最大的。因此,焊接时就要通过惰性气体进行保护。通常钛材表面都有40um厚的氧化膜,切割过后几秒钟就能恢复80%的厚度,几分钟后就可以恢复到原先的厚度。正是由于这层氧化膜的原因,钛材才具有如此好的耐蚀性。这个范围内的氧气含量并不算是污染物。然而,钛在大气中遇到高温时,就会与大量的氧气和氮气等发生反应。这样就会生成污染物。大气温度为427℃时,钛材表面的氧化膜厚度是常温下的2~3倍。650℃以上时,氧化膜就会增加。在熔融状态下,氧气、氮气等就会进入焊接熔池,进而从焊接金属扩散到母材当中。为防止空气中的氧气、氮气等杂物混入,焊接过程中有必要通过惰性气体保护焊接面及内侧。其他金属的TIG焊接一般不需要气体保护,内侧也大多无需气体保护。另外,为防止产生油脂类杂物,钛材以及操作台面不能用油擦拭。钛的熔化焊接中,大部分技术问题都在于如何避免上述污染物的产生。防治污染物的对策比较麻烦,而且花费较大。不过,钛材焊接成功与否就在于污染物的预防对策。

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钛及钛合金焊接对焊接时保护要求非常严格,当焊缝含碳量为0.55%时,焊缝塑性几乎全部消失而变成非常脆的材料,焊后热处置也无法消除此种脆性。国技术条件规定,钛合金母材的含碳量不大于0.1%焊缝含碳量不逾越母材含碳量。钛合金中有很多元素,它们对钛的物理性能都有影响,其中碳是钛及钛合金中常见的杂质,当碳含量为0.13%以下时,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。但是当进一步提高焊缝含碳量时,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,焊接应力作用下易出现裂纹。

1、碳的影响。钛及钛合金是比较稳定的但在焊接过程中,常温下。液态熔滴和熔池金属具有强烈吸收氢、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℃左右钛开始吸收氢,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,影响焊接质量的极为重要的因素。

2、氢是影响。其主要原因是随缝含氢弹量增加,氢是气体杂质中对钛的机械性能影响最严重的因素。焊缝含氢量变化对焊缝冲击性能影响最为显著。焊缝中析出的片状或针状TiH2增多。TiH2强度很低,故片状或针状卫HiH2作用例以缺口,合冲击性能显著降低;焊缝含氢量变化对强度的提高及塑性的降低的作用不很时显。

3、氧的影响。焊缝的硬度和抗拉强度明显增加,  焊缝含氧量基本上是随氩气中含氧量增加而直线上升的随焊缝含氧量上升。而塑性却显著降低。为了保证焊接接头的性能,焊接过程中应严防焊缝及焊接热影响区发氧化。

4、氮的影响。氮和钛板发生剧作用,700℃以上的高温下。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,比等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。当焊缝含氮量在0.13%以上是焊缝由于过脆而产生裂纹。

钛板焊缝缺陷是由于钛板焊接时,因氩弧焊枪形成的氩气气体维护层只能维护好焊接熔池不受空气的有害作用,而对已凝固而处于高温状态附近的焊缝及其附近区域则无保护作用,而处于这种状态的钛板焊缝及其附近的区域仍有很强的吸收空气中的氮及氧的能力。从400℃开始吸收氧,从600℃开始吸收氮,而空气种含有大量氮和氧。随氧化水平逐步加重,钛板焊缝颜色发生变化及焊缝塑性下降的规律。银白色(无氧化)金黄色(TiO,大约在250℃左右钛开始吸收氢。轻微氧化)蓝色(Ti2O3氧化稍为严重)灰色(TiO2氧化严重)。

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