1.氣體雜質對焊縫(féng)金屬性能的影響
鈦具有很高的化學活潑性,與空氣中(zhōng)的氧(yǎng)、氮有極高的親(qīn)和力(lì)。在較低的溫度下,鈦與氧相互作用生成一層致密的氧(yǎng)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(yǎng)並使氧溶解到鈦中。溫度再高,鈦的活(huó)性就會急劇增加並與(yǔ)氧發生(shēng)激烈反應而(ér)生成鈦(tài)的氧化(huà)物(wù)。鈦在300℃以上開始吸氫,在700℃以上開始吸氮。氧和氮對鈦(tài)汙(wū)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(zài)鈦(tài)中含(hán)量(liàng)從0.01%~0.05%會使焊縫金屬的衝擊韌(rèn)性急劇下降,而塑性卻(què)下降較少。這是氫化物引(yǐn)起的(de)脆性,即所常(cháng)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(yě)金爐,熔(róng)融(róng)金(jīn)屬暴露在大氣中。如(rú)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(yuán)素就會(huì)熔入鈦中,形成脆性氧化物(wù)或氮化物,致使焊縫金屬的塑性急劇降低,拉伸強度提高(gāo),嚴重的情況下將發生脆斷,塑性等(děng)於零(líng)。
2.其他雜質對焊縫金屬性能的影響
其他雜(zá)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(hàn)接操作環境不清潔、戴髒手套觸(chù)摸鈦焊件遺留下油汙、焊接(jiē)前用棉紗擦洗接頭、坡口可能留下的棉絮(xù)、焊接生產環境與鋼鐵焊接生產混(hún)合可能產生的鐵鏽、水分和(hé)其他(tā)一些有機物等。這些汙(wū)染物在電弧(hú)高溫作用下分解出氧、氫、氮、碳等(děng)元素,然後溶於熔融的鈦中。當這些元素的量超過在鈦(tài)中(zhōng)的溶解度時,便形成相應的化合物(TiO2 TiH2 TiN TiC)。這(zhè)些化合物(wù)隨著熔池結晶而(ér)進入鈦的晶格中,致使鈦的(de)晶(jīng)格(gé)畸變、歪曲,從而改(gǎi)變了鈦的力學性能。
有些微(wēi)量元素少量溶入鈦中,如果其量不超過(guò)允許的範圍是可以的,有時也是久这里只精品99re66所希望(wàng)的。但超量的雜(zá)質元素含量是不允許的,特別是有機物(wù)雜質,有百害而(ér)無一利,這是因為這些雜質元素除使鈦焊(hàn)接的力學性能變差,降低而腐蝕性(xìng)外,還是焊縫中產(chǎn)生氣孔的(de)根源。
3.焊接金屬和接頭熱影響區的(de)組織變化
鈦是有同素異形體轉變(biàn)的金屬。在882.5℃開始發生組織的固態轉(zhuǎn)變。882.5℃以下晶體結構為密排六方結構,稱(chēng)為α鈦;在高於882.5℃時,α結構的鈦(tài)轉變為體心立方結構的β鈦。這個轉(zhuǎn)變過程是熔(róng)池(chí)由液態變為固態的“瞬間”完成的。而這個“瞬(shùn)間”長(zhǎng)短差異仍對熔池的結晶形(xíng)式有(yǒu)影響,“瞬間”越長越有(yǒu)利於(yú)柱狀晶生長(zhǎng)。由於鈦具有熔點高(1668℃),熱容量大(dà)和(hé)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製(zhì)冷卻的(de)好壞影響,焊縫處於高溫下滯留的“瞬間”就有差異。“瞬間”稍長給熔池結晶的柱狀晶長大和接(jiē)頭熱影響加寬提(tí)供(gòng)了條件。這也是焊接接(jiē)頭塑性(xìng)下(xià)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(rè)影響區。為了降低這一不(bú)良(liáng)影響,鈦(tài)焊接(jiē)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度。
4.氣(qì)孔是鈦焊縫(féng)中(zhōng)常見和較難避免的缺陷
氣孔生(shēng)成的機製是焊(hàn)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。由於熔池的(de)凝固結晶速度很快,長大的氣泡來(lái)不及逸出(chū)液(yè)態金屬時就以氣孔的形式殘留在(zài)固態金屬中。釀成氣孔的氫氣和CO等氣體(tǐ)主要源自有機物的汙染物,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(de)清(qīng)潔、清洗,氬氣保護的效果也理想,但焊縫(féng)中仍然有氣孔。鈦材(cái)專家(jiā)的實踐經驗表明,空氣中的水分對(duì)焊接影響很大。在實驗中,相對濕(shī)度小於40%的焊接環境下,焊縫基本沒有發現(xiàn);在相對濕度(dù)大於90%以上的環境中(zhōng),焊縫中存在的氣泡既多又大。充分說明空氣的濕度大(dà)小是(shì)氣孔產(chǎn)生的重要原因之一(yī)。
二.鈦材(cái)的焊接方法
1.手工(gōng)鎢極氬弧焊
鎢極氬弧焊非熔化極電弧焊,是利用鎢極與被焊工件之間產生的電弧熱熔化被焊件的接縫並使焊件熔在一起,焊接(jiē)過程中可以填加焊絲也可以不加焊絲,且鎢極、熔池、焊縫的近縫區以及填(tián)加(jiā)焊絲的熔化端都應處於氬氣(qì)的(de)保護中(zhōng)。
施(shī)焊(hàn)一(yī)般采用非接觸式的高頻引(yǐn)弧,弧長控製在1.0~1.5倍電(diàn)極直徑。角焊縫時弧長可稍長(zhǎng),焊嘴向後(反焊接方向)傾(qīng)斜75度。焊接電流是(shì)電(diàn)弧焊的最重要技術參數,它對焊縫熔深、焊速、熔(róng)敷金屬量以及焊縫(féng)質量有直接的影響。鎢極氬弧焊焊鈦常用正接法的焊接電源,即正極連接焊件,負極連接焊把。正接法電弧所(suǒ)產生(shēng)的熱能(néng)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(hú)自開始引弧到熄弧必須與氬氣供給和停(tíng)氣的時(shí)刻相匹配,即電弧引弧前提前供氣,而電弧熄弧後氬氣必須(xū)滯(zhì)後(hòu)停氣。
2.保護氣體
保護氣體從焊嘴噴出覆蓋了整個(gè)鎢極(jí)長度(dù)和電弧熔化的熔池(chí)區免受空氣汙(wū)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,所以氬氣的熱損耗較少,電弧電壓較低,約為8~15V。保護效果好壞除(chú)保護氣體的純度(大於99.98%)很重要外,還與焊嘴幾何尺寸設計有關,即能保證由焊嘴噴出的氬氣流為層流而不能是紊流。一般情況下,焊嘴高度為噴口直徑的1.5倍。
三(sān).鎢(wū)極氬(yà)弧焊焊接工藝(yì)
1.接頭(tóu)與坡口
在(zài)鈦材焊接中,各種接頭形式都有,如對接,搭(dā)接,角接,管板焊接等(děng)。板厚一般為1.0~10mm,還有不同厚度板材相接。接頭與坡口(kǒu)對獲得優質焊縫是很重要的。
2.焊前清理
鈦材焊件(jiàn)以及焊絲(填充絲)很容易被(bèi)汙染,如鈦材生產過程用的潤滑劑(jì)殘留以及(jí)氧化膜、油汙、油(yóu)漆(qī)、塗(tú)層、手印等。如果這些汙染物不在焊接前清除掉,將會在焊接時與電弧熱作用分解出有(yǒu)害雜質溶於焊縫金屬中,對焊縫質量產生不良影響。
3.鈦材手工鎢極氬弧焊焊接規範
對接板厚/mm |
填充(chōng)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 |