鈦合金焊接鈦及鈦合金氬弧焊操作要領(lǐng)

鈦及鈦合金的焊接

三、鈦板手工鎢板氬弧焊焊接試驗(yàn)

鈦及鈦合金焊接生產(chǎn)中應(yīng)用最多是鎢板氬弧焊，真空充氬焊接方法應(yīng)用也很普遍。氬弧焊的電弧在氬氣流的保護(hù)與冷卻作用下，電弧熱量較為集中，電流密度高，熱影響區(qū)小，焊接質(zhì)量較高。

1.鈦及鈦合金焊接時，當(dāng)溫度高于500℃~700℃時，很容易吸收空氣中的氣、氫和氮，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。因此，鈦及鈦合金焊接時，對熔池全面及高溫部信（400℃~650℃以上）的焊縫區(qū)必須嚴(yán)加保護(hù)，為此，鈦及鈦合金焊接時必須采取特殊的保護(hù)措施，即采用噴尺寸較大的焊矩，以擴(kuò)大氣體保護(hù)區(qū)面積，當(dāng)噴嘴不足以保護(hù)焊縫及近縫區(qū)高溫金屬時，需附充氬保護(hù)拖罩。

焊縫和近縫區(qū)顏色是保護(hù)效果的標(biāo)翅。銀白色表示保護(hù)效果最好，黃色為輕微氧化，一般是允許的。表面顏色應(yīng)符合表（1）規(guī)定

考慮到工程使用的實(shí)用性、高效性，我們先制備了一個簡易拖罩。如圖(a)，氬氣從進(jìn)氣口進(jìn)入分布管，穿過分布管孔直接進(jìn)入保護(hù)區(qū)。采用這種拖罩，焊接保護(hù)效果不是很好，焊道呈深藍(lán)色。據(jù)分析是氣流從分布管直接進(jìn)入保護(hù)區(qū)。氣流不是很均勻、平穩(wěn)，使高溫焊道保護(hù)不好被氧化。因此我們進(jìn)一步改進(jìn)了拖罩的結(jié)構(gòu)，如圖（b），氬氣從進(jìn)氣孔進(jìn)入分布管后經(jīng)拖罩頂部下返；穿過多孔板，多孔板主要起氣篩和分布的作用，使氬氣流動更平穩(wěn)，焊接保護(hù)效果較好，焊道呈銀色或江黃色。拖罩長充L為40~100mm材質(zhì)為黃銅。

鈦及鈦合金氬弧焊時，還應(yīng)注意焊道的北面保護(hù)，考慮到焊接變形，我們采用開槽固定銅墊板的方法進(jìn)行充氬保護(hù)，為了使焊道背面行到充分保護(hù)，又在糟中加一多孔銅管，使氬氣經(jīng)銅管孔均勻的進(jìn)入保護(hù)區(qū)，保護(hù)效果良好，焊道背面呈銀白色。

2.TA2板（δ=8）手工鎢板氬弧焊焊接工藝及參數(shù)的選擇

（1）焊前準(zhǔn)備

焊件和焊絲表面質(zhì)量對焊接接頭的力學(xué)性能有很大影響因此必須嚴(yán)格清理。鐵板及鈦焊絲可采用機(jī)械清理及化學(xué)清理兩種方法。

1）機(jī)械清理對焊按質(zhì)量要求不高或酸洗有困難的焊件，可用細(xì)砂紙或不銹鋼絲刷擦拭，但最好是用硬質(zhì)合金黃色刮削鈦板，去除氧化膜。

2）化學(xué)清理 焊前可先對試件及焊絲進(jìn)行酸洗，酸洗液可用HF5%+HNO335%的水熔液。酸洗后用凈水沖洗，烘干后立即施焊?；蛘哂帽⒁掖?、四氯化碳、甲醇等擦拭鈦板坡口及其兩側(cè)（各50mm內(nèi)）、焊絲表面、工夾具與鈦板接觸的部分。

（2）焊接設(shè)備的選擇

鈦及鈦合金金鎢板氬弧焊應(yīng)選用具有下降外特性、高頻引弧的直流氬弧焊電源，且延遲遞氣時間不少于15秒，避免焊遭受到氧化、污染。

（3）焊接材料的選擇

氬氣純度應(yīng)不低于99.99%，露點(diǎn)在-40℃以下，雜質(zhì)總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.001%。當(dāng)氬氣瓶中的壓力降至0.981MPa時，應(yīng)停止使用，以防止影響焊接接頭質(zhì)量。原則上應(yīng)選擇與基本金屬成分相同的鈦絲，有時為了握高焊縫金屬塑性，也可選用強(qiáng)度比基本金屬稍低的焊絲。

（4）坡口形式的選擇

原則盡量減少焊接層數(shù)和焊接金屬。隨著焊接層數(shù)的增多，焊縫累計吸氣置增加，以至影響焊接接頭性能，又由于鈦及鈦合金焊接時焊接熔池尺寸較大，因此試件開單V型70~80°坡口。

（5）試件組對及定位焊

為了減少焊接變形，焊前進(jìn)行定位焊，一般定位焊間距為100~150mm，長度為10~15 mm。定位焊所用的焊絲、焊接工藝參數(shù)及氣體保護(hù)條件應(yīng)與焊接接頭焊接時相同。間隙0~2mm，鈍邊0~1.0mm。

（6）焊接參數(shù)選擇

如表（2）所示，我們通過對不同工藝下的焊接接頭性能的對比，摸索出較合適的焊接工藝規(guī)范。

工藝（1），焊接電流為150A、170A、180A，按此參數(shù)施焊，焊接接頭表面、呈現(xiàn)出深藍(lán)、金素色，說明接頭氧化較嚴(yán)重，不符合技術(shù)要求，此工藝不可取。

工藝（2），焊接電流相對降低為120A、150A、160A，按此參數(shù)施焊，焊縫表面呈現(xiàn)出金紫、深黃色，X射線探傷無缺陷，但機(jī)械性能彎曲試驗(yàn)不合格，說明焊接接頭塑性顯著降低，達(dá)不到技術(shù)要求，此工藝同樣不可取。

工藝（3），焊接電流為95A、115A、120A，按此參數(shù)施焊，焊縫表面呈銀白、淺黃色，X射線探傷無缺陷，但機(jī)械性能彎曲試驗(yàn)合格、拉伸強(qiáng)度也符合要求，焊接接頭性能達(dá)到技術(shù)要求，此工藝比較合適。

鈦及鈦合金焊接時，都有晶料粗大傾向，直接影響到焊接接頭的力學(xué)性能。因此焊接工藝參數(shù)的選擇不僅要考慮到焊縫金屬氧化及形成氣孔，還應(yīng)考慮晶粒粗化因素，所以應(yīng)盡量采用較小的焊接熱輸入，工藝（1）、（2），由于焊接規(guī)范較大因素，造成接頭氧化比工藝（3）嚴(yán)重。且微觀金相實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接頭晶粒粗化程度也比工藝（3）嚴(yán)重。所以焊接接頭力學(xué)性能較差。

氣體流量的選擇以達(dá)到良好的保護(hù)效果為準(zhǔn)，過大的流量不易形成穩(wěn)定的層流，并增大焊縫的冷卻速度，使焊縫表面層出現(xiàn)較多的α相，以至引起微裂紋。拖罩中的氬氣流量不足時，焊縫呈現(xiàn)出不同的氧化色澤；而流量過大時，將對主噴嘴的氣流產(chǎn)生干擾作用。焊縫背面的氬氣流量也不能太大，否則會影響到正面第一層焊縫的氣體保護(hù)效果。

（7）鈦及鈦合金手工鎢極氬弧焊操作要領(lǐng)

1）手工氬弧焊時，焊絲與焊件間應(yīng)盡量保持最小的夾角（10~15°）。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護(hù)區(qū)。

2）焊接時，焊槍基本不作橫向擺動，當(dāng)需要擺動時，頻率要低，擺動幅度也不宜太大，以防止影響氬氣的保護(hù)。

3）斷弧及焊縫收尾時，要繼續(xù)通氬氣保護(hù)，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到350℃以下時方可移開焊槍。

（8）質(zhì)量檢驗(yàn)

1）外觀檢查符合GB/T13149-2009。

2）射線深傷符合NB/T 47013-2015。

3）力學(xué)性能試驗(yàn)符合GB/T13149-2009。

四、結(jié) 　論

1、鈦及鈦合金焊接的氣體保護(hù)問題是影響焊接接頭質(zhì)量的首要因素。

2、鈦及鈦合金焊接時應(yīng)盡量采用小的熱輸入。

3、TA2手工鎢極氬弧焊時，應(yīng)嚴(yán)格控制氫的來源，防止冷裂紋的產(chǎn)生，同時應(yīng)注意防止氣孔的產(chǎn)生。

4、只要嚴(yán)格按照焊接工藝要求施焊，并采取有效的氣體保護(hù)措施，即可獲得高質(zhì)量的焊接接頭。

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