鈦合金的焊接工藝評定

姜玉慧　趙鋒

摘 要：鈦合金容器，主材選用TA2合金，鈦合金的最大優(yōu)點是比強(qiáng)度大，綜合性能優(yōu)越，又具有較好的耐腐蝕韌性、焊接性和一定的耐熱性，廣泛用于宇航、艦船、兵器及化工領(lǐng)域。為確定合理的焊接工藝，保證焊接接頭的理化性能完全滿足產(chǎn)品要求。

關(guān)鍵詞：鈦合金；焊接特性；焊接工藝

中圖分類號：TG457 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0110-02

Abstract： Titanium alloy vessel is mainly made of TA2 alloy. The biggest advantage of titanium alloy is its high specific strength， excellent comprehensive properties， good corrosion resistance， weldability and heat resistance. It is widely used in aerospace， ships， weapons and chemical industry， in order to determine a reasonable welding process and ensure that the physical and chemical properties of welded joints fully meet the product requirements.

Keywords： titanium alloy； welding characteristics； welding process

前言

為確定合理的焊接工藝，保證焊接接頭的理化性能完全滿足產(chǎn)品要求，需要對其工藝進(jìn)行評定。

本次所做的焊接試驗是以牌號為TA2的工業(yè)純鈦進(jìn)行研究，工業(yè)純鈦為不含合金元素的α鈦，不能通過熱處理強(qiáng)化，共有TA1、TA2和TA3三個牌號，他們之間的區(qū)別在于氧、氮、碳、氫等雜質(zhì)的含量不同，按牌號尾數(shù)依次雜質(zhì)增多，強(qiáng)度也依次增加，而塑形則依次下降。工業(yè)純鈦常溫強(qiáng)度較低，但塑形、韌性好，特別是低溫沖擊韌性很好，而且有優(yōu)良的耐腐蝕性，很適用于工作在350℃以下強(qiáng)度要求不高的耐蝕場合。

1 材料性能分析

1.1 材料化學(xué)成分

TA2板材是根據(jù)GB/T 3621-2007S生產(chǎn)，退火條件供貨，其化學(xué)成分見表1。

1.2 材料的力學(xué)性能

通過力學(xué)性能試驗，TA2的常溫力學(xué)性能指標(biāo)見表2。

1.3 材料的焊接特性

1.3.1 易受氣體等雜質(zhì)污染而脆化

常溫下鈦比較穩(wěn)定，與氧生產(chǎn)致密的氧化膜具有高的耐腐蝕性。但在540℃以上高溫生成的氧化膜則不致密，隨著溫度升高容易被空氣、水分、油脂等污染，吸收氧、氮、氫、碳等，降低焊接接頭的塑性和韌性。在融化狀態(tài)下尤其嚴(yán)重，因此，焊接時對熔池及溫度超過400℃的焊縫和熱影響區(qū)都需要加以妥善保護(hù)。

1.3.2 焊接接頭晶粒易粗化

由于鈦的熔點高、熱容量大、導(dǎo)熱性差，焊縫及近縫區(qū)容易產(chǎn)生晶粒長大，引起塑形和斷裂韌度降低。因此，焊接時對焊接熱輸入要嚴(yán)格控制，一般用小電流，快速焊。

1.3.3 焊縫有形成氣孔傾向

氣孔是較為常見的缺陷。形成的因素很多，也很復(fù)雜，防止焊縫氣孔的關(guān)鍵就是杜絕有害氣體的一切來源，防止焊接區(qū)被污染。

1.3.4 容易形成冷裂紋

防止焊接裂紋的措施，主要是避免氫的有害作用，減少和消除焊接應(yīng)力。

2 焊接工藝試驗

2.1 焊材選用

按照化學(xué)成分匹配、強(qiáng)度匹配和等塑、等韌的原則，相關(guān)規(guī)范推薦，并綜合考慮其他因素后，焊絲選用？椎1.6的ERTA2ELI焊絲，其焊絲的化學(xué)成分見表3。

2.2 焊接工藝參數(shù)

選用的設(shè)備型號為松下YC-400TX電焊機(jī)，焊接過程中必須嚴(yán)格控制焊接熱輸入，焊接工藝參數(shù)為表4，同時道間溫度控制在80℃以下。

2.3 焊接操作要點

（1）焊前徹底清理母材和焊絲要表面的臟物、油污及拉絲潤滑劑等有可能成為焊縫污染源的雜質(zhì)。

（2）在不影響視線和加焊絲的情況下，盡量降低噴嘴與工件的距離。

（3）正面保護(hù)工裝在不影響焊工操作的情況下，要盡量靠近焊槍，以保證高溫狀態(tài)下的焊縫金屬在氬氣的保護(hù)下以免被氧化。

（4）始終保證高溫焊縫金屬在氬氣的保護(hù)之下直到焊縫金屬溫度降到200℃以下。

（5）焊槍盡量不做橫向擺動或者需要擺動時，頻率要低，幅度要小，防止熔池脫離氬氣保護(hù)而被氧化。

3 試驗結(jié)果

試件焊接完成后，按照J(rèn)B/T 4730-2005《承壓容器無損檢測》進(jìn)行X射線探傷，結(jié)果表明此次焊接試件均為II級合格。根據(jù)NB/T 47016-2011進(jìn)行力學(xué)性能檢測，其測試結(jié)果見表5-6。

通過上述測試結(jié)果與鈦2合金原標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行對比，此次焊接試件的性能完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，焊接工藝評定合格。

4 結(jié)束語

（1）鈦合金焊接需要的保護(hù)氣體純度要求高，防氧化區(qū)域及防護(hù)溫度區(qū)間大，故保護(hù)工裝需要特殊設(shè)計。

（2）鈦合金焊接要嚴(yán)格控制熱輸入及道間溫度，防止氧化。

（3）鈦合金焊接過程嚴(yán)格控制后，焊接性能能夠保證產(chǎn)品的要求。

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