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纯钛接头脆化的焊接性分析

来源:钛板,钛棒,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-6-9 9:12:08
钛材具有优良的耐腐蚀性能,可用于其它金属材料难以胜任的高氯离子浓度介质下工作的设备,选材上一般采用加工性能及力学性能优良的工业纯钛。工业纯钛中的杂质能提高材料的强度,但会使塑性显著降低,以上3种等级的工业钛材随杂质的增多强度依次增加,塑性同时依次下降。与钛合金相比,纯钛的强度较低,但塑性及韧性较好,特别是低温冲击韧性优良, 缺点是温度升高时强度显著下降,故只能在350℃以下温度使用,与普通容器用钢相比,钛材屈强比较高,塑性韧性相对较差。
 
常温下钛材是很稳定的,但随着温度升高,钛焊缝吸收氢、氧、氮的能力随之也明显上升。试验研究表明, 钛材一般从250℃开始就吸收氢、氧、氮,在焊接时,温度越高,保温时间越长,焊缝塑性则越差,所以在焊接钛材时,如采用氩弧焊接,普通的焊枪是不能满足要求的,因为它不能使焊缝得到有效的保护,普通焊枪形成的保护气只能保护焊接熔池,对于处于已凝固的高温区的焊缝及热影响区, 不能提供保护,就会造成高温焊缝及热影响区吸收氢、氧、氮等气体。氮、氧和氢的侵入均能在焊缝形成间隙固溶体,使焊缝的强度提高,降低焊缝的塑性及韧性,而氢还会显著降低焊缝的冲击韧性进而使焊接接头脆化。因此,焊接时要对于400℃以上的高温区给予充分的保护,包括焊缝背面。
 
当焊缝氢、氧、氮、碳的含量较高时,焊缝及热影响区会变脆,在较大焊接应力作用下会出现裂纹,这些裂纹一般是在较低温度下形成的,产生原因主要与焊接区气体的保护及待焊工件表面的清理有关。对于钨极氩弧焊而言,良好的气体保护,彻底地清理干净待焊区域,即可避免裂纹的产生。钛材焊接时的气孔形成原因主要是在保护气及母材焊丝中含有的氢、氧、氮、水等杂质,工件表面或钛焊丝上的油脂、氧化物等污染未能清理干净。所以消除气孔形成的方法就是要使用较高纯度的氩气进行保护,一般纯度要达到99.99%,并对焊接时400℃ 以上的区域进行充分的保护,同时焊接前仔细清理钛丝、坡口、工件上的油脂等氧化物。
 
钛焊接接头中气孔的产生主要受焊接前的清洁程度和焊接接头的预备以及焊接时间是非的影响,同时还有其他一些因素。尽管表面不清洁导致的吸氢是弧焊接头气孔产生的主要原因,但其他因素如氧气、氮气、二氧化碳以及用作保护的惰性气体均有可能导致气孔的产生。同铝的氧化物一样,的氧化物具有吸湿性,很轻易从环境大气中吸收湿气。钛部件同含水( 或含水汽) 的接头进行焊接时就会有气态的氢溶解到接头中,随后在凝固时形成小孔。减少钛焊接接头中气孔的措檀越要有:( 1) 钛部件和焊料要干燥。( 2) 预备好的焊料建议在48h 内使用完。( 3) 待焊钛部件的部位与焊料进行往油脂与清洗,然后进行酸洗。( 4) 使用高纯氩气或氦气进行保护。焊材的选择一般是要求焊材的成分与被焊钛材相匹配,但为了改善接头性能,有时也可选用屈服强度低于母材的焊接材料。在AWS A5.16中规定有工业纯钛焊丝的成分与性能,国标中规定的焊丝成分与性能同AWS一致。在确保严格清理干净待焊区域及保护气良好的情况下,采用如表3规范进行焊接,焊材选用与母材等成分的TA2(AWS 为ERTi-2)焊丝,层间温度控制≤100℃,层间清理干净焊缝表面。焊缝保护效果判断:银白色为保护最好;浅黄色为轻微氧化;蓝色表示氧化严重;灰色则为极差,按不合格处理。
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