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鈦反應(yīng)釜焊接影響因素以及焊接工藝

來源: 時(shí)間:2018-12-28 13:30:20 瀏覽次數(shù):

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。在較低的溫度下,鈦與氧相互作用生成一層致密的氧化膜,隨著溫度的提高,氧化膜的厚度隨之增厚,超過600℃鈦開始吸氧并使氧溶解到鈦中。
一.影響鈦材焊接質(zhì)量的因素
1.氣體雜質(zhì)對(duì)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。在較低的溫度下,鈦與氧相互作用生成一層致密的氧化膜,隨著溫度的提高,氧化膜的厚度隨之增厚,超過600℃鈦開始吸氧并使氧溶解到鈦中。溫度再高,鈦的活性就會(huì)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℃以上開始吸氫,在700℃以上開始吸氮。氧和氮對(duì)鈦污染的結(jié)果是使鈦強(qiáng)度和硬度增高而塑性降低。氮比氧的影響程度更大,氫在鈦中含量從0.01%~0.05%會(huì)使焊縫金屬的沖擊韌性急劇下降,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”。氫也是引發(fā)焊縫產(chǎn)生氣孔的根源。
熔化焊接過程中,熔池像一個(gè)小冶金爐,熔融金屬暴露在大氣中。如果不采取相應(yīng)的防護(hù)措施使熔融的金屬鈦與空氣隔絕,則氧、氮、氫等氣體元素就會(huì)熔入鈦中,形成脆性氧化物或氮化物,致使焊縫金屬的塑性急劇降低,拉伸強(qiáng)度提高,嚴(yán)重的情況下將發(fā)生脆斷,塑性等于零。
2.其他雜質(zhì)對(duì)焊縫金屬性能的影響
其他雜質(zhì)是指除氣體雜質(zhì)外,可能熔入熔池的雜質(zhì)。其來源可能是焊接操作環(huán)境不清潔、戴臟手套觸摸鈦焊件遺留下油污、焊接前用棉紗擦洗接頭、坡口可能留下的棉絮、焊接生產(chǎn)環(huán)境與鋼鐵焊接生產(chǎn)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,然后溶于熔融的鈦中。當(dāng)這些元素的量超過在鈦中的溶解度時(shí),便形成相應(yīng)的化合物(TiO2 TiH2 TiN TiC)。這些化合物隨著熔池結(jié)晶而進(jìn)入鈦的晶格中,致使鈦的晶格畸變、歪曲,從而改變了鈦的力學(xué)性能。
有些微量元素少量溶入鈦中,如果其量不超過允許的范圍是可以的,有時(shí)也是我們所希望的。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)元素除使鈦焊接的力學(xué)性能變差,降低而腐蝕性外,還是焊縫中產(chǎn)生氣孔的根源。
3.焊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(zhuǎn)變的金屬。在882.5℃開始發(fā)生組織的固態(tài)轉(zhuǎn)變。882.5℃以下晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu),稱為α鈦;在高于882.5℃時(shí),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(gè)轉(zhuǎn)變過程是熔池由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的“瞬間”完成的。而這個(gè)“瞬間”長短差異仍對(duì)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℃),熱容量大和導(dǎo)熱差等特性,所以焊接時(shí)焊縫受到焊接線能量大小和焊縫強(qiáng)制冷卻的好壞影響,焊縫處于高溫下滯留的“瞬間”就有差異?!八查g”稍長給熔池結(jié)晶的柱狀晶長大和接頭熱影響加寬提供了條件。這也是焊接接頭塑性下降的重要原因之一。接頭的拉伸強(qiáng)度斷口往往發(fā)生在焊縫熱影響區(qū)。為了降低這一不良影響,鈦焊接時(shí)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。
4.氣孔是鈦焊縫中常見和較難避免的缺陷
氣孔生成的機(jī)制是焊接過程中溶入液態(tài)金屬中的氣體經(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(shí)就以氣孔的形式殘留在固態(tài)金屬中。釀成氣孔的氫氣和CO等氣體主要源自有機(jī)物的污染物,經(jīng)電弧熱作用所產(chǎn)生的。有時(shí)焊接前對(duì)焊件和焊材做了充分的清潔、清洗,氬氣保護(hù)的效果也理想,但焊縫中仍然有氣孔。鈦材專家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,空氣中的水分對(duì)焊接影響很大。在實(shí)驗(yàn)中,相對(duì)濕度小于40%的焊接環(huán)境下,焊縫基本沒有發(fā)現(xiàn);在相對(duì)濕度大于90%以上的環(huán)境中,焊縫中存在的氣泡既多又大。充分說明空氣的濕度大小是氣孔產(chǎn)生的重要原因之一。
二.鈦材的焊接方法
1.手工鎢極氬弧焊
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(chǎn)生的電弧熱熔化被焊件的接縫并使焊件熔在一起,焊接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(qū)以及填加焊絲的熔化端都應(yīng)處于氬氣的保護(hù)中。
施焊一般采用非接觸式的高頻引弧,弧長控制在1.0~1.5倍電極直徑。角焊縫時(shí)弧長可稍長,焊嘴向后(反焊接方向)傾斜75度。焊接電流是電弧焊的最重要技術(shù)參數(shù),它對(duì)焊縫熔深、焊速、熔敷金屬量以及焊縫質(zhì)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(fù)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(duì)反接法而言,熔深較深。電弧自開始引弧到熄弧必須與氬氣供給和停氣的時(shí)刻相匹配,即電弧引弧前提前供氣,而電弧熄弧后氬氣必須滯后停氣。
2.保護(hù)氣體
保護(hù)氣體從焊嘴噴出覆蓋了整個(gè)鎢極長度和電弧熔化的熔池區(qū)免受空氣污染。常用的氣體是惰性氣體氬或氦。氬氣的導(dǎo)熱系數(shù)小,在電弧作用下不發(fā)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(hù)效果好壞除保護(hù)氣體的純度(大于99.98%)很重要外,還與焊嘴幾何尺寸設(shè)計(jì)有關(guān),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.鎢極氬弧焊焊接工藝
1.接頭與坡口
在鈦材焊接中,各種接頭形式都有,如對(duì)接,搭接,角接,管板焊接等。板厚一般為1.0~10mm,還有不同厚度板材相接。接頭與坡口對(duì)獲得優(yōu)質(zhì)焊縫是很重要的。
2.焊前清理
鈦材焊件以及焊絲(填充絲)很容易被污染,如鈦材生產(chǎn)過程用的潤滑劑殘留以及氧化膜、油污、油漆、涂層、手印等。如果這些污染物不在焊接前清除掉,將會(huì)在焊接時(shí)與電弧熱作用分解出有害雜質(zhì)溶于焊縫金屬中,對(duì)焊縫質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。

3.鈦材手工鎢極氬弧焊焊接規(guī)范

對(duì)接板厚/mm

填充焊絲直徑/mm

焊接電流/A

氬氣流量/LMin-1

焊槍

背面

0.50.8

Φ1.5

1550

68

23

1.01.2

Φ1.52.0

4060

68

23

1.51.8

Φ1.52.0

6080

810

23

2.0

Φ2.02.5

70100

810

24

2.5

Φ2.02.5

100130

1012

24

3

Φ2.53.0

120160

1012

24

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