钛合金焊接工艺论文.docx

钛合金焊接工艺论文1、钛合金焊接工艺1.1焊接材料钛合金焊接一般使用成分与母材相同的焊丝有时为了提高接头的韧性在焊接接头强度方面降低要求应当选择低于母材强度的焊丝。通常将在真空有条件下经过退火处理TA1～TA6和TC3等焊丝用做钛合金焊接如果以上提到的焊丝无法供应时可将母材剪切成窄条作为焊丝。1.2焊前清理钛合金的焊前清理工作非常重要通常因为附着污物会引发气孔和夹杂杂质等问题影响焊丝焊接后焊缝的抗腐蚀性和强度因而钛合金在焊接前必须进行清理。表面处理的常见方法为物理处理和化学处理法物理处理主要包括表面污垢通过喷砂喷丸和抛光等方式的处理化学处理主要是通过酸碱等化学物质将钛合金表面的污垢溶解除去钛合金表面的氧化物直至表面为钛合金基材为止。1.3常见的钛合金焊接方法对于钛合金的焊接方法一发展多年众多的研究主要集中在钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊等方法等常见的钛合金焊接方法。1.3.1钨极氩弧焊工艺对于焊接10mm以上的钛合金母材通常选择钨极氩弧焊工艺常采用直流正接。张装生等研究人员对对钨极氩弧焊工艺的研究结果表明在母材焊接过程中要要使用氩气保护气氛来保护焊件的正面、背面尽可能的使用拖罩保护进行气氛保护。1.3.2熔化极氩弧焊工艺MIG焊主要用于焊接钛合金厚板常采用直流反接。焊接方式依据焊接母材薄厚而不同通常薄板采用工艺为短路过渡的熔滴过渡焊接方法而厚板采用工艺为喷射过渡的熔滴过渡方法。该工艺对保护气氛的要求很高保护气氛气体纯度、焊前清理的要求MIG焊比TIG焊更为严格。1.3.3等离子弧焊工艺一般的等离子弧焊除了使用热压缩、机械压缩、磁压缩三种基本手段收缩电弧外是保护气氛中该工艺一般使用氩气与一定比例的氢气来保护该保护气氛可以提高焊接过程中焊接电弧的收缩性基于以上原因使用等离子弧焊焊接工艺焊接钛合金母材时钛很容易与保护气中的氢形成氢化物只能使用纯氩气或氩与氦的混合气作为保护气体。当钛板厚度为较薄时通常采用小孔法焊接而厚板母材使用熔入法加反面成形垫板焊接工艺。1.3.4电子束钛合金焊工艺该工艺通常电子是以热发射或场致发射的方式从发射体逸出功率密度很高的电子束撞击到焊材表面电子的动能就转变为热能使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下熔化的金属被排开电子束就能继续撞击深处的固态金属很快在被焊工件上形成小孔小孔的周围被液态金属包围。随着电子束与工件的相对移动液态金属沿小孔周围流向熔池后部逐渐冷却、凝固形成了焊缝。但电子束焊焊接钛合金会在接头中产生较大的残余应力并随着焊接件厚度的增大而增加只有焊后对焊件进行完全真空退火方可消除。1.3.5激光束钛合金焊工艺激光束焊接适合于某些特殊的焊接已经成为钛合金焊接的重要手段。邹世坤等采用激光焊接TC4钛合金获得接头性能与母材相当。郭鹏等人对采用激光束焊接TC4钛合金进行焊接研究研究结果表明TC4钛合金通过焊接后焊缝平整光滑外观色泽漂亮对焊接试样通过无损检测结果表明钛合金焊缝质量达到国标Ⅱ级要求。1.3.6摩擦焊工艺钛合金自身良好性能很适合摩擦焊工艺若调整到合适的范围也可以在无特殊保护措施的条件下获得良好的焊接接头。摩擦焊焊接钛合金获得的焊缝硬度略低于母材进行拉伸试验时试样断裂于母材侧断口呈现韧性断裂特征。研究人员对TC4钛合金进行搅拌摩擦焊接方式进行焊接研究结果表明焊接接头的抗拉强度达到母材的92%焊接接头的搅拌区域为焊接质量最差区域该区域韧性和强度都较差。2、钛及钛合金焊接常见缺陷与防止措施2.1钛合金焊接常见缺陷2.1.1脆化高温下钛与氧、氮、氢很容易发生反应而氧和氮在空气中广泛存在。因此在焊接热循环作用下钛很难不受影响。因氧和氮固溶于钛中导致钛金属晶格畸变因钛合金晶格结构的改变使钛合金拥有高的强度但塑韧性却弱于母材。随着氢含量在钛合金焊缝中增加会以片状或针状化合物形态析出致使焊接接头的冲击韧性降低。焊接过程中焊缝金属和高温近缝区必须受到有效的保护正反面都很容易在焊接高温下与空气等杂质发生反应导致脆化。2.1.2焊接裂纹钛合金因含有硫、磷、碳等杂质很少钛合金具有很窄的有效结晶温度区间因而钛合金低熔点共晶很难在晶界出现因此对热裂纹不敏感。但是焊接过程中保护不好会有应力裂纹和冷裂纹出现。焊接时由于焊接过程中母材中的氢会向热影响区扩散导致影响区氢含量增加在不当的应力情况下就会出现裂纹。另外在气氛中氧氮含量高时钛合金焊接接头产生一定程度的脆化因而在出现的强焊接应力导致出现裂纹。2.1.3焊接气孔在钛