鈦及鈦合金焊接工藝選擇

鈦及鈦合金的焊接

三、鈦板手工鎢板氬弧焊焊接試驗

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

1.鈦及鈦合金焊接時，當溫度高于500℃~700℃時，很容易吸收空氣中的氣、氫和氮，嚴重影響焊接質量。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)必須嚴加保護，為此，鈦及鈦合金焊接時必須采取特殊的保護措施，即采用噴尺寸較大的焊矩，以擴大氣體保護區(qū)面積，當噴嘴不足以保護焊縫及近縫區(qū)高溫金屬時，需附充氬保護拖罩。

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

考慮到工程使用的實用性、高效性，我們先制備了一個簡易拖罩。如圖(a)，氬氣從進氣口進入分布管，穿過分布管孔直接進入保護區(qū)。采用這種拖罩，焊接保護效果不是很好，焊道呈深藍色。據分析是氣流從分布管直接進入保護區(qū)。氣流不是很均勻、平穩(wěn)，使高溫焊道保護不好被氧化。因此我們進一步改進了拖罩的結構，如圖（b），氬氣從進氣孔進入分布管后經拖罩頂部下返；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)，焊接保護效果較好，焊道呈銀色或江黃色。拖罩長充L為40~100mm材質為黃銅。

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

（1）焊前準備

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

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

2）化學清理 焊前可先對試件及焊絲進行酸洗，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?、乙醇、四氯化碳、甲醇等擦拭鈦板坡口及其兩側（各50mm內）、焊絲表面、工夾具與鈦板接觸的部分。

（2）焊接設備的選擇

鈦及鈦合金金鎢板氬弧焊應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

氬氣純度應不低于99.99%，露點在-40℃以下，雜質總的質量分數<0.001%。當氬氣瓶中的壓力降至0.981MPa時，應停止使用，以防止影響焊接接頭質量。原則上應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和焊接金屬。隨著焊接層數的增多，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、焊接工藝參數及氣體保護條件應與焊接接頭焊接時相同。間隙0~2mm，鈍邊0~1.0mm。

（6）焊接參數選擇

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，按此參數施焊，焊接接頭表面、呈現出深藍、金素色，說明接頭氧化較嚴重，不符合技術要求，此工藝不可取。

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

工藝（3），焊接電流為95A、115A、120A，按此參數施焊，焊縫表面呈銀白、淺黃色，X射線探傷無缺陷，但機械性能彎曲試驗合格、拉伸強度也符合要求，焊接接頭性能達到技術要求，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性能。因此焊接工藝參數的選擇不僅要考慮到焊縫金屬氧化及形成氣孔，還應考慮晶粒粗化因素，所以應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）嚴重。且微觀金相實驗結果表明，接頭晶粒粗化程度也比工藝（3）嚴重。所以焊接接頭力學性能較差。

氣體流量的選擇以達到良好的保護效果為準，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，焊縫呈現出不同的氧化色澤；而流量過大時，將對主噴嘴的氣流產生干擾作用。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效果。

（7）鈦及鈦合金手工鎢極氬弧焊操作要領

1）手工氬弧焊時，焊絲與焊件間應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區(qū)。

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

3）斷弧及焊縫收尾時，要繼續(xù)通氬氣保護，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）質量檢驗

1）外觀檢查符合GB/T13149-2009。

2）射線深傷符合NB/T 47013-2015。

3）力學性能試驗符合GB/T13149-2009。

四、結 　論

1、鈦及鈦合金焊接的氣體保護問題是影響焊接接頭質量的首要因素。

2、鈦及鈦合金焊接時應盡量采用小的熱輸入。

3、TA2手工鎢極氬弧焊時，應嚴格控制氫的來源，防止冷裂紋的產生，同時應注意防止氣孔的產生。

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

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