鈦材焊接 - 影響鈦材焊接質(zhì)量的因素

時間：2021-06-02 點(diǎn)擊次數(shù)：

焊接是臺設(shè)備制造過程中一項(xiàng)重要工藝。焊接方法很多，要根據(jù)鈦設(shè)備或構(gòu)件的設(shè)計(jì)構(gòu)造和具體應(yīng)用條件來選擇適宜的焊接方法。
選擇焊接方法所遵循的原則是保證焊接接頭的質(zhì)量、生產(chǎn)效率高、操作簡便、成本較低等。其中保證焊縫質(zhì)量應(yīng)該放在第一位。只有充分認(rèn)識到影響焊接質(zhì)量的方方面面因素，才能達(dá)到保證焊接接頭質(zhì)量的目的。

氣體雜質(zhì)對焊縫金屬性能的影響

鈦具有很高的化學(xué)活潑性，與空氣中的氧、氮有極高的親和力。在較低溫度下，鈦與氧相互作用生成一層致密的氧化膜，隨著溫度升高，氧化膜的厚度隨之增厚，超過600攝氏度后，鈦開始吸收氧并使氧溶解到鈦中。溫度再升高，鈦的活性就急劇增加，并與氧發(fā)生激烈反應(yīng)而生成鈦的氧化物。鈦在300°C以上開始吸氫，在700°C以上開始吸收氮。氧和氮對鈦污染的結(jié)果是使鈦強(qiáng)度和硬度增高，而塑性降低。氧比氮的影響程度更大。
鈦中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%~0.05%時，會使焊縫金屬的沖擊韌性急劇下降，而塑性卻下降較少。這說明是氫化物引起的脆性（氫脆）。氫也是引發(fā)焊縫產(chǎn)生氣孔的根源。
熔化焊焊接過程中，熔池像一個小的冶金爐，熔融金屬暴露在大氣中。如果不采取相應(yīng)的防護(hù)措施使熔融的金屬與空氣隔絕，則氧、氮、氫等氣體元素會融入鈦中，形成脆性氧化物或氮化物，致使焊縫金屬塑性降低，拉伸強(qiáng)度提高，嚴(yán)重的情況下將發(fā)生脆斷，塑性等于0。

其他雜質(zhì)對焊縫金屬性能的影響

其他雜質(zhì)指的是除去氣體雜質(zhì)外可能融入熔池的雜質(zhì)。其來源可能是焊接操作環(huán)境不清潔，焊工戴臟手套觸摸焊接件遺留下油污、焊接前用棉紗擦洗接頭可能留下棉絮、焊接生產(chǎn)環(huán)境與鋼鐵焊接產(chǎn)生混合可能產(chǎn)生的鐵銹、水分和其他一些有機(jī)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，然后溶于溶觸的鈦中。當(dāng)這些元素的量超過在鈦中的溶解度時，便形成相應(yīng)的化合物，如二氧化鈦，氫化鈦，氮化鈦，碳化鈦等。這些化合物隨著熔池結(jié)晶而進(jìn)入鈦的晶格中，導(dǎo)致畸變外區(qū)，從而改變鈦的力學(xué)性能。
有些微量元素少量融入鈦中，如果量不超過允許的范圍還是可以的，有時也是人們希望的。但超量的雜質(zhì)元素含量是不允許的，特別是有機(jī)物雜質(zhì)，有百害而無一利，這是因?yàn)檫@些雜質(zhì)元素使得鈦焊縫的力學(xué)性能變差，減低耐腐蝕特性外，還是寒風(fēng)中產(chǎn)生氣孔的根源。

焊縫金屬和接頭熱影響區(qū)的組織變化

鈦是有同素異形體轉(zhuǎn)變的金屬。在886°C時開始發(fā)生組織的固態(tài)轉(zhuǎn)變。886°C一下晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，成為α鈦；高于886°C時α結(jié)構(gòu)的鈦轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)的β鈦。這個轉(zhuǎn)變過程是在熔池由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的瞬間完成的。而這個瞬間長短差異對熔池的結(jié)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(diǎn)高（1668°C）、熱容量大和導(dǎo)熱性能差等特性，所以焊接時焊縫收到焊接線能量大小和焊縫強(qiáng)制冷卻的好壞影響，寒風(fēng)處于高溫下滯留的瞬間就有差異。瞬間稍長給熔池結(jié)晶柱狀晶長大和接頭熱影響區(qū)加寬提供了條件。這也是焊接接頭塑性下降的主要原因之一。接頭的拉伸強(qiáng)度端口往往發(fā)生在焊縫熱影響區(qū)。為了降低這一不良影響，鈦焊接時盡量采用較軟的焊接規(guī)范，即用較小的焊接線能量和較快的冷卻速度。

氣孔是鈦焊縫中常見和較難避免的缺陷

氣孔是鈦材焊接中常見的工藝缺陷。氣孔生成的機(jī)制是：焊接過程中融入液態(tài)金屬的氣體經(jīng)過擴(kuò)散、脫溶、成核、長大等過程而形成氣泡。由于熔池的凝固結(jié)晶速度很快，長大的氣泡來不及逸出液態(tài)金屬時就以氣孔的形式殘留在固態(tài)金屬中。釀成氣孔的氫氣和一氧化碳等氣體主要由有機(jī)物的污染物晶電弧熱作用產(chǎn)生的。有時焊接前對焊件和焊材做了充分清潔、清洗、清漆保護(hù)的效果也理想，但寒風(fēng)中仍然有氣孔。這說明了起重要作用的污染源沒有徹底清除。實(shí)踐證明，有一個重要的氣源往往被忽略，那就是空氣中的水分。一個對比實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。在兩種不通空氣濕度的環(huán)境中焊接：一種情況是在陰雨天氣環(huán)境中，相對濕度在90%以上焊接，另一種是在陽光明媚晴朗天氣環(huán)境中，濕度小于40%焊接。其他的焊前清潔、清洗及焊接操作等完全相同。陰雨天空氣濕度較大時鈦焊縫中存在的氣孔既多又大，而空氣濕度較小的情況下的焊縫中沒有見到氣孔。這也充分說明了氣孔產(chǎn)生和空氣濕度大小是有重要關(guān)聯(lián)的。

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