1.氣體雜質對焊縫金(jīn)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(hé)力。在(zài)較低的溫度下,鈦(tài)與氧相互作(zuò)用生成一層致密的氧化膜,隨著溫度的提高,氧(yǎng)化膜的厚度隨之增厚,超(chāo)過600℃鈦開始吸氧並(bìng)使(shǐ)氧溶解到鈦中。溫度再高,鈦的(de)活性就會急(jí)劇增(zēng)加並與氧發生激烈反應而生成鈦(tài)的氧化物。鈦在300℃以上開始吸氫,在700℃以上開始吸氮。氧和氮對鈦汙染的(de)結果是使鈦(tài)強度和(hé)硬(yìng)度增高而塑性降低。氮比氧的影響程度更大,氫(qīng)在鈦中含量從0.01%~0.05%會使焊縫金屬的衝擊韌性(xìng)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(yě)是引發焊縫產生氣(qì)孔的根源。
熔化焊接過程中,熔池像(xiàng)一個小冶金爐,熔融金屬(shǔ)暴露在大氣中。如果不采取(qǔ)相(xiàng)應的防護(hù)措施使熔融的金屬鈦與空氣(qì)隔絕,則氧、氮、氫等氣體元素就會熔入鈦中,形成(chéng)脆性氧化物或氮化物,致(zhì)使焊縫金屬的塑性急(jí)劇降低,拉伸強度提高,嚴重(chóng)的(de)情況下將發生脆斷,塑性等(děng)於零。
2.其他雜質對焊縫金屬(shǔ)性能的影響
其他雜質是(shì)指除氣體雜(zá)質外,可能熔入(rù)熔池的雜質。其來源可能是焊接操作環境不清潔、戴髒手套觸摸鈦焊件(jiàn)遺留下油(yóu)汙、焊接前用棉紗擦洗(xǐ)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(hún)合可能(néng)產生的鐵鏽、水分和其他一些(xiē)有機物等。這些汙染物在電弧高溫作用下分解出氧、氫、氮、碳等元素,然後溶於熔融的鈦中。當這些元素(sù)的量超過在鈦中的溶解度時,便形成相應的化合物(TiO2 TiH2 TiN TiC)。這些化合物隨著(zhe)熔(róng)池(chí)結晶而(ér)進入鈦的晶格中,致使鈦的晶格畸變、歪曲,從而改變了(le)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(xǔ)的範圍是可以的,有時也是久这里只精品99re66(men)所希望的。但超量的雜質元素含量是不允許的(de),特別是有機物(wù)雜質,有百害而(ér)無(wú)一利(lì),這是因為這些雜質元素除使鈦焊接(jiē)的力(lì)學性能變差,降低而(ér)腐蝕性(xìng)外(wài),還是(shì)焊縫中(zhōng)產生氣(qì)孔的根源。
3.焊(hàn)接金屬和接頭熱影響區(qū)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(fāng)結構(gòu),稱為α鈦;在高於882.5℃時,α結構的鈦轉變為體心立方結(jié)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(duǎn)差異仍對熔(róng)池的結晶形式有影響,“瞬間”越(yuè)長越有利於柱狀晶(jīng)生長(zhǎng)。由於鈦具有熔點高(1668℃),熱容(róng)量大和導熱差等(děng)特性,所以焊接時焊縫受到焊(hàn)接線能量大小和焊縫強(qiáng)製冷卻的好壞影響,焊縫處於高溫下滯留的“瞬間”就有差異。“瞬間”稍(shāo)長給(gěi)熔池結晶的柱(zhù)狀晶長大和接頭(tóu)熱影響加寬(kuān)提供了條件。這也是焊接接頭塑性下降的(de)重要原因之一。接(jiē)頭(tóu)的拉伸強度斷口往往發生在焊縫熱影(yǐng)響區。為了降低這一不良影響,鈦焊(hàn)接時盡量采用較軟的焊接規範,即用較小的焊接線能量和較快的冷卻速(sù)度。
4.氣孔是(shì)鈦焊縫中常見和較難避(bì)免的缺陷(xiàn)
氣孔生成的機(jī)製是焊接過程(chéng)中溶(róng)入(rù)液態金屬中(zhōng)的氣(qì)體(tǐ)經過擴散、脫溶、成核(hé)、長大等過程而形成氣(qì)泡(pào)。由於熔池的凝固結晶速度很快,長大的氣泡來不及逸出液態(tài)金屬(shǔ)時就以氣孔的形式殘(cán)留(liú)在固態金屬中。釀(niàng)成氣孔的氫氣和CO等(děng)氣體主要源自有機物的汙染物,經電弧熱作用(yòng)所產生的。有時焊接前對焊件和焊材做了充分的清潔(jié)、清洗,氬氣保(bǎo)護的效(xiào)果(guǒ)也理想,但(dàn)焊縫中仍然有氣孔。鈦材專家的實踐經驗(yàn)表明,空氣中的水分對焊接影響很大。在實(shí)驗中,相對濕度小(xiǎo)於40%的焊接環境下,焊縫基本沒有發現;在相對濕度大於90%以上的環境中,焊縫中存在的氣泡(pào)既多又大。充分說明空氣的濕度大小(xiǎo)是氣孔產生(shēng)的重要原因之一。
二.鈦材的焊接(jiē)方法
1.手工鎢極氬弧焊
鎢極氬弧焊非(fēi)熔化極電弧焊,是利用鎢極與被焊工件(jiàn)之間產生的電弧熱熔化被焊件(jiàn)的接縫並使焊件熔在一起,焊接過程中(zhōng)可以填加焊絲也可以(yǐ)不加焊絲,且鎢極、熔池(chí)、焊(hàn)縫的近縫區以及填加焊絲的熔化端都應處於氬氣的保護中。
施焊一般采用非接觸式的高頻引弧,弧長控製在1.0~1.5倍電極直徑。角焊縫時弧長可稍長,焊嘴向後(反焊接方向)傾斜75度。焊接電流(liú)是電弧焊的最重要技術參數,它對焊縫熔(róng)深、焊(hàn)速、熔敷金(jīn)屬量以及焊縫質量有直接的影響。鎢極氬弧焊焊鈦常(cháng)用正接法的焊接電(diàn)源,即正(zhèng)極(jí)連接焊件(jiàn),負極連接焊把。正接法電弧所產(chǎn)生的熱能30%集中在鎢極上,而70%的熱能集中在被焊件上,所以相對反接法而言,熔深較深。電弧自開(kāi)始引弧到熄弧必(bì)須與氬氣供給和停氣的時刻相匹配,即電弧引弧前(qián)提前供氣,而電弧熄弧後氬氣必須滯後停(tíng)氣。
2.保(bǎo)護氣體
保護氣體從焊嘴噴出覆蓋了整個鎢極長度和電弧熔化的熔池區免(miǎn)受(shòu)空氣汙染。常用的氣體是惰性氣體氬或氦。氬氣的導熱係數小,在電弧作用下不發生分解吸熱,所以氬氣的熱(rè)損耗(hào)較少,電弧電壓較低,約為8~15V。保(bǎo)護效果(guǒ)好壞除(chú)保護氣體的純度(大於99.98%)很重(chóng)要外,還與焊嘴幾何尺寸設計有關,即能(néng)保(bǎo)證由焊嘴噴出的氬氣流為層流而不能(néng)是紊流。一(yī)般情況下,焊嘴高度為(wéi)噴口直(zhí)徑的(de)1.5倍。
三.鎢(wū)極氬弧焊焊接工藝
1.接頭與坡口
在鈦材焊接(jiē)中,各種接(jiē)頭形式都有,如對接(jiē),搭(dā)接,角接,管板焊接等。板厚一(yī)般為1.0~10mm,還有不同厚度板材相接。接頭與坡口對獲得優質焊縫是很重要的(de)。
2.焊前清理
鈦材焊件以及焊絲(填充絲)很容易被汙染,如鈦材生產過程用(yòng)的潤滑劑殘留以及氧化膜(mó)、油(yóu)汙、油漆、塗(tú)層、手印等。如果這些汙(wū)染物不在(zài)焊接前清除掉,將會在焊接時與電弧熱作用分解出有害雜質溶於焊縫金屬中,對(duì)焊縫質量產生不(bú)良影響。
3.鈦材手工鎢極氬弧焊焊接規範
對接板厚/mm |
填充焊絲直徑/mm |
焊接電流/A |
氬氣流量/L。Min-1 |
|
焊槍 |
背麵 |
|||
0.5~0.8 |
Φ1.5 |
15~50 |
6~8 |
2~3 |
1.0~1.2 |
Φ1.5~2.0 |
40~60 |
6~8 |
2~3 |
1.5~1.8 |
Φ1.5~2.0 |
60~80 |
8~10 |
2~3 |
2.0 |
Φ2.0~2.5 |
70~100 |
8~10 |
2~4 |
2.5 |
Φ2.0~2.5 |
100~130 |
10~12 |
2~4 |
3 |
Φ2.5~3.0 |
120~160 |
10~12 |
2~4 |