鈦合金焊接工藝技術(shù)研究

摘 要：鈦合金具有強(qiáng)度高和密度低的優(yōu)良特性，因而在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中焊接工藝和質(zhì)量是影響鈦合金應(yīng)用的重要因素之一。本文首先介紹了鈦合金的材料特性，接著對(duì)鈦合金的材料特點(diǎn)尤其是焊接特性進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)介紹了鈦合金焊接的技術(shù)措施、焊后處理及檢測(cè)，最后對(duì)鈦合金焊接的工藝要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：鈦合金；焊接；檢驗(yàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.021

1 概述

鈦是繼鋁、鐵、鎂之后在地殼中含量最大的金屬元素。鈦合金的密度為4.51g/cm3，強(qiáng)度在800-900MPa（高強(qiáng)度鈦合金可達(dá)到1000MPa以上）。由于具有強(qiáng)度高和密度低的優(yōu)良特性，因而在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。在鈦合金的應(yīng)用領(lǐng)域中，經(jīng)常需要采用焊接的方式。由于鈦合金焊接對(duì)于焊接工藝和條件要求較高，因此，研究鈦合金的焊接工藝對(duì)于其應(yīng)用具有重要意義。

2 鈦合金焊接特性

氣孔和脆化是影響鈦合金焊接質(zhì)量的兩大主要因素。焊接時(shí)隨著溫度的升高，鈦合金吸收氧氣、氫氣、氮?dú)獾哪芰σ搽S之明顯上升。氮和氧會(huì)對(duì)對(duì)接頭的強(qiáng)度和彎曲塑性影響較大，氫主要影響接頭的沖擊韌性。

氣孔是鈦合金焊接中最容易產(chǎn)生的缺陷，鈦合金焊接區(qū)容易受到雜質(zhì)氣體的污染而產(chǎn)生氣孔?？諝庵械腘2、O2、H2等都是產(chǎn)生鈦合金焊接氣孔的主要原因。氣孔的出現(xiàn)會(huì)使鈦合金焊縫出現(xiàn)應(yīng)力集中的問(wèn)題，并減小受力面積，嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量。

3 焊接工藝

為使鈦合金焊接達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)焊接每一步驟均嚴(yán)格要求，提出控制措施。

3.1 焊前準(zhǔn)備

3.1.1 操作條件及設(shè)備

場(chǎng)地清潔、無(wú)其他金屬粉塵污染，用于鈦合金的工具、工裝不得與其他金屬混用。

3.1.2 下料

焊接件尤其是薄板件，推薦采用線(xiàn)切割、水切割等方式下料。

3.1.3 清理

由于鈦合金焊接質(zhì)量容易受到雜質(zhì)的影響。因此，在焊接之前，需要對(duì)焊接件尤其是焊接坡口進(jìn)行嚴(yán)格清理。通過(guò)機(jī)械擦拭和打磨，并用丙酮、乙醇等溶劑對(duì)坡口進(jìn)行擦拭，確保焊接處的清潔。

3.2 施焊

3.2.1 焊接

鈦合金焊接通常采用鎢極氬弧焊，并對(duì)焊接部位設(shè)計(jì)V型坡口。

在焊接過(guò)程中，嚴(yán)格遵照焊接工藝操作。根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)和工件尺寸，選擇合適的控制電流、氣流量和施焊速度等工藝參數(shù)。氣體保護(hù)托罩應(yīng)與施焊處結(jié)構(gòu)吻合，熱影響區(qū)均能很好保護(hù)。

焊接區(qū)域須避免與鐵質(zhì)材料接觸，防止污染引起的焊縫脆化和降低抗蝕性。焊接過(guò)程使用起弧板并及時(shí)清理；弧熄時(shí)未熔填充料留于保護(hù)罩內(nèi)或再次焊接前清除，避免焊縫污染。

焊接過(guò)程每道焊接工步間均需進(jìn)行檢查。每層焊接完成后及時(shí)檢查焊縫顏色，銀白色則不需層間清理；淡黃色、淡藍(lán)色應(yīng)進(jìn)行表面清理；出現(xiàn)其他顏色應(yīng)將焊縫去掉，重新施焊。

3.2.2 氣體保護(hù)及焊接控制

為了保證焊接質(zhì)量，必須對(duì)焊縫進(jìn)行氣體保護(hù)。鈦合金的焊接通常采用99.9%-99.99%的氬氣作為保護(hù)氣體，并采用三面或者前后吹氣的方式進(jìn)行焊接保護(hù)。焊接電流和電壓以及流量，可根據(jù)焊絲或者焊條直徑以及單層焊縫高度進(jìn)行調(diào)整。

4 焊后去應(yīng)力處理及檢測(cè)

4.1 去應(yīng)力

（1）真空退火，是目前最有效的去應(yīng)力方法。但對(duì)于大型焊接件，常受到設(shè)備空間的限制。

（2）機(jī)械錘擊，采用沖擊錐在焊接過(guò)程中對(duì)焊縫進(jìn)行沖擊振動(dòng)。

（3）振動(dòng)時(shí)效，將焊接件放置在振動(dòng)臺(tái)等設(shè)備上進(jìn)行振動(dòng)，消除殘余應(yīng)力。

4.2 焊縫檢查

目前工程上對(duì)于鈦合金焊縫常用的檢測(cè)方法主要有以下兩種：

（1）滲透探傷（PT）。滲透探傷是目前鈦合金探傷最主要的檢測(cè)方法。其原理是通過(guò)熒光粉噴涂在焊縫表面，并通過(guò)顯像劑滲透吸附成像的方法，探測(cè)出焊縫中的缺陷。對(duì)于裂紋和氣孔等缺陷，具有良好的探測(cè)效果。

（2）射線(xiàn)探傷（RT）。射線(xiàn)探傷是近些年開(kāi)始逐漸受到廣泛應(yīng)用的一種方法。其原理是利用X、γ射線(xiàn)照射焊縫，通過(guò)分析成像圖片檢測(cè)焊縫缺陷的一種方法。射線(xiàn)探傷方法可用來(lái)檢測(cè)焊縫表面及內(nèi)部缺陷。對(duì)于對(duì)接和單“V”形焊縫的檢測(cè)非常有效，但對(duì)于角焊縫尤其是交叉焊縫等復(fù)雜焊縫，由于射線(xiàn)對(duì)焊縫與焊縫或焊縫與本體形成的透射影像會(huì)產(chǎn)生重疊，導(dǎo)致對(duì)焊縫缺陷的判定較為困難。

5 總結(jié)

綜上所述，由于鈦合金的化學(xué)活性很高，極易受氫、氧、氮的污染。因此，要保證鈦合金的焊接質(zhì)量，需要從焊前準(zhǔn)備、施焊、焊后處理和檢測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，確定合理嚴(yán)格的工藝流程和參數(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：陳陽(yáng)（1982-），男，碩士研究生，工程師，主要從事機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究。endprint