鈦質(zhì)波紋管膨脹節(jié)焊接工藝

秦建++李世乾++陳友恒++張匯文++呂曉春++王慶江

摘要： 采用自動TIG焊對0.5 mm厚TA2材質(zhì)的波紋管管坯縱縫進行了焊接，并對焊接接頭拉伸性能、彎曲性能、顯微組織及斷口形貌進行了試驗。試驗結(jié)果表明：焊接工藝參數(shù)選用合理，焊縫成形良好，無損檢測結(jié)果滿足要求；焊縫及熱影響區(qū)均為鋸齒狀α組織；焊接接頭力學性能優(yōu)良，抗拉強度達到500 MPa，與母材強度相當，斷裂形式為典型的韌性斷裂，斷后伸長率達到80%，面彎及背彎性能滿足標準要求，能夠滿足波紋管壓制要求。

關(guān)鍵詞： TA2板；鎢極氬弧焊；波紋管膨脹節(jié)；顯微組織；工藝

中圖分類號： TG457

Welding technology of TA2 bellows expansion joints

Qin Jian1；Li Shiqian1；Chen Youheng1；Zhang Huiwen2；Lv Xiaochun2；Wang Qingjiang2

（1.Luoyang Ship Material Research Institute，Luoyang 471000，China；

2.Harbin Welding Institute， Harbin 150028，China）

Abstract：

The longitudinal seam of the bellows expansion joint made of TA2 material with 0.5 mm thickness was welded by gas tungsten arc welding. The tensile and flexural properties， microstructure and fracture morphology of the welding joint were studied. The results show that both well appearance and nondestructive testing results meet the requirements by using reasonable welding parameters. Moreover， the microstructure of welding joint and HAZ were both jagged α organization. The excellent mechanical properties of the joints were obtained， the tensile strength reached 500 MPa which is equal to base metal， and the fracture morphology was typical ductile fracture of dimple， elongation rate reached 80%. The performance of surface and back bending can meet the standard， which can meet the requirements of the bellows expansion joints pressing.

Key words： TA2；GTAW；bellows expansion joints；microstructure；technology

結(jié)合上述鈦材料自身焊接冶金性，為防止產(chǎn)生接頭脆化、裂紋及氣孔等焊接缺陷，在焊接過程中，需要采取一定的工藝措施來保證焊接的質(zhì)量。具體措施如下。[JP]

[CM（22]（1）試板下料后去除邊角毛刺，使用HF：HNO3∶[CM）][KG-*2]H2O=1∶[KG-*2]6∶[KG-*2]13（體積比）溶液進行酸洗。

（2）酸洗至表面清潔無污染后使用清水沖洗試板去除表面酸液，清洗過后使用壓縮空氣沿同一方向吹干試件表面水漬，確保坡口及坡口附近50 mm范圍清潔無污染。

（3）焊前使用丙酮對坡口及坡口附近50 mm范圍內(nèi)進行清洗擦拭，確保無表面附著。焊接夾具及背面銅襯墊同時使用丙酮進行擦拭。

（4）焊前嚴格校正試板平直度，減少焊接過程對中操作。

（5）焊接完畢后應滯后停氣3 s，待焊縫冷至室溫時取下試件。

3試驗結(jié)果與分析

3.1焊縫成形及無損檢測分析

圖1為鈦試板焊縫成形照片。由于試板尺寸較薄，從宏觀可以看出焊接接頭實現(xiàn)了單面焊雙面成形，焊縫射線探傷未發(fā)現(xiàn)氣孔、未熔合等缺陷。從焊縫正面成形來看，焊縫表面成形良好，焊縫寬度4 mm左右，焊縫余高0.1 mm，焊縫表面光滑、清潔，焊腳處圓滑過渡，能夠保證試板焊縫處在波紋管成形時避免明顯的應力集中出現(xiàn)。從焊縫背面成形看出，焊縫背面焊縫寬度3 mm左右，背面余高0.1 mm，焊縫背面自由成形良好，焊縫背面清潔、光滑，背面保護良好。良好的焊縫成形能夠為波紋管的成形及耐腐蝕性能提供一定的基礎(chǔ)。

3.2焊接接頭力學性能分析

拉伸及彎曲試驗參照NBT 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》進行，其中拉伸、面彎、背彎試樣各兩個。表2為焊接接頭力學性能試驗結(jié)果，試驗結(jié)果表明采用合理的焊接工藝可以獲得具有優(yōu)異綜合力學性能的焊接接頭，抗拉強度達到500 MPa，圖2為試板拉伸及彎曲照片，可以看出，拉伸試樣斷裂于母材，證明了焊縫強度及韌性良好，面彎及背彎后焊縫表面均無缺陷出現(xiàn)，證明焊縫韌性良好。

圖3為拉伸試驗應力—位移曲線，從圖中可以看出當位移為0～1.54 mm時，材料處于彈性狀態(tài)，此時應力與位移呈現(xiàn)正比關(guān)系；位移大于1.54 mm時，材料開始出現(xiàn)屈服，屈服強度約為381 MPa；位移繼續(xù)增加后，材料進入強化階段，此時應力與位移呈現(xiàn)出不成比例增加；位移至20 mm時，應力達到最大值，此時應力點即為抗拉強度；位移繼續(xù)增加后，材料進入局部塑性變形階段，試樣開始出現(xiàn)斷裂，應力值開始下降；位移至48 mm時，材料完全斷裂。從屈強比分析來看，鈦試板焊接接頭屈強比約為76%，證明焊接接頭在具有較高抗拉強度的同時兼有較好的韌性，從而為焊接接頭的彎曲性能提供了有效的保障。焊接接頭在達到抗拉強度時位移達到20 mm，此時位移變形量80%，遠大于波紋管成形的斷后伸長率需求，保證了該焊接接頭能夠成制波紋管。

出母材組織為等軸的α組織，顯微組織致密，保證了基體的良好力學性能。由于TA2類板材為鈦合金中焊接性最好的一類板材，在焊接過程中僅需控制雜質(zhì)元素的侵入以及冷卻速率的大小即可。焊接過程中由于母材及焊材重新熔化，因此可以看出焊縫組織為鑄態(tài)下的鋸齒狀α組織，因此晶粒相比原母材有較大程度的長大。由于采用焊接熱輸入較小，試板較薄，焊縫無明顯的過熱組織出現(xiàn)。焊接熱影響區(qū)由于在焊接過程中經(jīng)歷了較高的焊接熱循環(huán)，導致其組織有一定程度的長大，顯微組織為鋸齒狀α組織。從焊縫及熱影響區(qū)顯微組織可以看出，顯微組織均未出現(xiàn)針狀組織，冷卻速率合適，進一步證明了焊接工藝的合理性。

圖5為鈦焊接接頭拉伸斷口形貌照片，從宏觀斷口形貌可以看出，拉伸斷口形貌呈45°剪切形式斷裂，材料拉伸后變形較大，由于試板尺寸較薄，在斷口處可以看出明顯的擴展區(qū)，但啟裂區(qū)不太明顯。從擴展區(qū)斷裂形貌可以看出斷裂形貌為較小的韌窩狀，局部變形較大，韌窩較深，在韌窩內(nèi)部能明顯的看到晶界的滑移痕跡，斷裂形式為典型的韌性斷裂，從而證明了焊接接頭具有較好的塑性。

參考文獻

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