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钛合金焊接工艺所需材料及设备

来源:钛棒,钛板,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-12-3 15:21:36

由于钛合金在常温下塑性低,对2mm厚度的钛板,成形困难,回弹大,易产生裂纹,因此试验采用的波纹腹板是由厚度为2mm的钛合金板材经热成型工艺压制而成的,零件精度较高。焊接过程使用的焊剂牌号为FT-02,焊剂在使用前于烘箱中烘干。缝轨迹形状的填充材料,清理干净后,将其放在零件待焊位置上贴合紧密,然后采用定位焊的办法将该预制成形的焊缝填充材料固定。这样焊接填充材料在装配时就被提前放入了焊缝区。将腹板和上下缘条装入夹具后,使用手工氩弧焊方法先将腹板和缘条固定,然后将填充材料固定在焊缝相应位置,填料与零件贴合紧密,焊点大小合适,不超出焊缝宽度。

对高温、已凝固的焊缝金属和近缝区金属采用后拖拖斗的方式进行氩气保护,防止其发生氧化。由于操作空间的限制,拖斗不能采用常用的拖斗形式。针对这种结构通过减小拖斗覆盖面积,提高拖斗的高度,并选择合适的氩气流量和工艺参数可达到良好的保护效果。焊缝背面和缘条外侧则采用局部充氩的方式进行保护。通过焊接夹具形成的密闭空间,使内部保持氩气气氛。

焊接工艺:
为控制焊接气孔,在装配前必须对焊接区及邻近表面进行认真清理。将待焊零件整体去油后,进行焊前酸洗处理,经烘干后,采用不锈钢钢丝轮打磨待焊区域。采用预置钛丝填充材料的方式给焊缝熔透带来了另一个问题,由于预置的填充材料增大了钨极到焊缝根部的距离,同时增加了需要焊透的试件深度。对常规钨极氩弧焊方法来说,如果通过单纯地增加焊接电流或减小焊接速度来实现焊缝的全熔透会产生焊缝咬边、焊缝区晶粒增大等诸多问题,最终将导致焊缝区性能的降低。实践证明,活性焊剂氩弧焊(A-TIG)与传统氩弧焊(TIG)工艺相比,A-TIG 焊接电弧的穿透能力显著增强,热输入量降低,焊接变形及应力减小,可以使焊接熔深深宽比达1∶1 ;其焊接接头综合性能显著提高,尤其对于钛合金、铝合金来说,可以有效防止焊接气孔;焊接相同规格的产品构件时,在相同的焊接电流条件下,不用开坡口或即使开坡口,其堆焊层数明显减少,能够节省大量的人力、物力、财力,焊接生产效率高,综合性能好,而且不需要额外特殊的专用设备,可以成倍降低成本,提高产品质量。为保证焊接熔深,减少焊接接头过热产生粗晶,提高接头塑性,减少焊接变形和降低装配精度要求,因此采用脉冲焊和活性焊剂氩弧焊相结合的方法进行焊接。

焊接工艺参数:
从试验情况看,焊接过程中,若电流过小,在焊缝根部会形成过大空隙,造成内部气孔和未焊透;若电流过大,则出现咬边。在直线试件上使用同一焊接规范可以得到良好的焊缝成形,但在波纹状焊缝弯曲处两侧的散热条件不同导致T 形焊缝在波峰和波谷焊接时需要适当调整焊接规范。考虑以上两条因素,为了获得优良的焊接接头,必须认真选择和严格控制焊接参数。经过多次试验,得出了较合适的焊接规范参数,最终焊缝外观。根据航空标准要求,I级焊缝中氢的质量分数应在母材的标准范围内,氧的质量分数应不超出大于母材的标准范围的20%。在结构件上取局部焊缝,采用脉冲加热- 热导法对焊缝金属氢、氧含量进行检测,并与母材中氢、氧含量标准范围相比较其氢、氧含量百分比均小于母材标准范围。

焊接质量检验:
焊后采用X射线检测方法,对焊缝进行检查,未发现超标气孔和未焊透。在焊接试件上不同位置截取金相试样,检查焊透量。两个焊接熔池覆盖了整条接合面,达到了100%全焊透。根据航空标准要求,I级焊缝中氢的质量分数应在母材的标准范围内,氧的质量分数应不超出大于母材的标准范围的20%。在结构件上取局部焊缝,采用脉冲加热- 热导法对焊缝金属氢、氧含量进行检测,并与母材中氢、氧含量标准范围相比较,其氢、氧含量百分比均小于母材标准范围。显微组织对金相试样在光学显微镜下观察其显微组织,金相照片。由于焊接过程加热和冷却特点,焊缝区金属熔化后快速冷却,导致β相发生了马氏体转变,形成了大量层片状组织。热影响区的热输入量较焊缝区小,其针状α 相要明显小于焊缝区。对焊接结构件进行去应力退火,焊趾经打磨光滑和超声冲击强化处理后,进行常温拉伸试验和疲劳试验,测试其抗拉强度和疲劳寿命。疲劳试验条件为R=0.1;Kt=0.35;σmax=56kN。结构件的平均抗拉强度为194kN,疲劳寿命大于76966 周,中值疲劳寿命为137284周,性能满足设计要求。其中一件在寿命达291751 周时未发生破坏,其余结构件失效于与腹板相邻侧的焊趾。

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