工業(yè)純鈦的TIG焊接工藝研究

1、TA1工業(yè)純鈦的TIG焊接工藝研究張鋒（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 09焊接2班）摘要：分析了TA1工業(yè)純鈦的性能特點(diǎn)及采用鎢極氬弧焊焊接時(shí)焊接接頭存在的問題，并根據(jù)其在焊接過程中存在的主要問題制定了合理的焊接工藝。關(guān)鍵詞：TA1工業(yè)純鈦；鎢極氬弧焊；焊接A study on tig welding technology of TA1 industrial pure titanium Zhangfeng(Gansu Constraction Vocational Technical College Class 2 Grade 2)Abstract: Analyse the function of T

2、A1 industrial pure titanium and the problem of welding joint by using TIG technology . according to the main problem existed the passage introduce the reasonable welding technology . Kewords: TA1 industrial pure titanium; TIG; welding1. 引言鈦及鈦合金作為結(jié)構(gòu)材料有許多特點(diǎn):密度小、抗拉強(qiáng)度高、比強(qiáng)度大。鈦合金在300500高溫下仍具有足夠高的強(qiáng)度，另外它還具有

3、優(yōu)良的抗腐蝕性能和低溫沖擊性能。由于鈦及鈦合金有許多優(yōu)異的性能，從而廣泛用于航空航天、艦船、化工及醫(yī)療等行業(yè)。按照鈦的同素異構(gòu)體或退火組織可分為型、型、型三種鈦及鈦合金。在型鈦中按雜質(zhì)或合金元素又可細(xì)分為碘法鈦(TAD)、工業(yè)純鈦(TA1、TA2、TA3)和鈦合金(TA4TA8)三種。TA1工業(yè)純鈦及沖壓性能優(yōu)良，可進(jìn)行各種形式的焊接，焊接性能良好，焊接接頭可達(dá)到基體金屬?gòu)?qiáng)度的90%。易于鋸和砂輪切割，機(jī)械加工性能良好，耐蝕性能優(yōu)良。2. TA1工業(yè)純鈦的焊接性能分析雖然TA1工業(yè)純鈦具有許多優(yōu)良特點(diǎn)，但它在焊接過程中仍存在一些問題，以下是TA1工業(yè)純鈦在采用TIG焊接時(shí)存在的主要問題。2.1

4、 焊接接頭的脆化在常溫下，鈦及鈦合金是比較穩(wěn)定的。但隨著溫度的升高，鈦及鈦合金吸收氧、氮、氫的能力也隨之明顯上升。鈦材在400以上的高溫(固態(tài)下)極易被空氣、水分、油脂氧化皮污染。實(shí)驗(yàn)表明，鈦從250開始吸氫，從400開始吸氧，從600開始吸氮。由于表面吸收氧、氮、氫、碳等雜質(zhì)，從而降低接頭的塑性和韌性。研究表明，TA1工業(yè)純鈦焊接時(shí)，焊縫含氧量變化(純氬中含氧量的變化)對(duì)焊縫力學(xué)性能及硬度影響很大。如表2-1及表2-2所示，焊縫硬度及強(qiáng)度隨含氧量增加而增加，而塑性顯著下降(見表2-3)。也就是說(shuō)焊縫因氧的污染而變脆。表2-1 焊縫含氧、氮量變化對(duì)工業(yè)純鈦的抗拉強(qiáng)度的影響 N或O量/%；b /

5、*9.8(N/mm2)O0.050.100.200.400.50N0.030.090.150.210.24b73909810010272100115120122表2-2純氬中氧、氮、空氣含量變化對(duì)工業(yè)純鈦硬度的影響 純氬中的雜質(zhì)/%O01.02.04.06.0N01.02.03.04.0空氣01.02.04,06.0HBS0178194220240160204240260280160204240280300氮在高溫液態(tài)金屬的溶解度隨電弧氣氛中氮的分壓增高而增大。與氧相比，氮對(duì)提高工業(yè)純鈦焊縫的抗拉強(qiáng)度、硬度，減低焊縫的塑性性能更為顯著，也就是說(shuō)氮的污染脆化作用比氧更強(qiáng)烈。一般認(rèn)為，工業(yè)純鈦焊接

6、時(shí)焊縫最高允許含氮量為0.05%。表2-3 焊縫含氧、氮量變化對(duì)冷彎塑性的影響 N或O量/%O0.100.160.200.300.350.40N00.030.040.100.200.26最小彎曲半徑R/0.81.52.02.84.08.00.51.02.04.06.012.0焊縫含氫量變化對(duì)焊縫及焊接接頭力學(xué)性能的影響見表2-4。由表中可以看出，焊縫含氫量變化對(duì)焊縫沖擊性能的影響最為顯著，對(duì)抗拉強(qiáng)度的提高及塑性的降低作用不很顯著。表2-4 焊縫氫含量變化對(duì)焊縫及焊接力學(xué)性能的影響H0.010.020.030.040.05/%40383736.536/%222018b /*9.8(N/mm2)6

7、162636466k/ *9.8(J/cm2)5.83,62.41,81.5總之，氣體等雜質(zhì)污染而引起的焊接接頭脆化是焊接鈦材時(shí)的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。采用TIG焊接工藝，要求氬氣純度很高以及對(duì)焊縫及熱影響區(qū)400以上高溫區(qū)進(jìn)行保護(hù)和反面保護(hù)。只有采取嚴(yán)格的技術(shù)措施才可以保證TA1工業(yè)純鈦的焊接質(zhì)量。2.2焊接接頭的裂紋在TA1工業(yè)純鈦焊縫中含氧、氮量比較多時(shí)，就會(huì)使焊縫及熱影響區(qū)變脆，如果焊接應(yīng)力比較大，就會(huì)出現(xiàn)低塑性脆化裂紋，這種裂紋是在低溫下形成的。在焊接這種鈦時(shí)也會(huì)出現(xiàn)延遲裂紋，其原因是氫由高溫熔池向較低溫度的熱影響區(qū)擴(kuò)散，隨著含氫量的提高，熱影響區(qū)析出TH2量也增加，使熱影響區(qū)的脆性增大，同

8、時(shí)析出氫化物由于體積膨脹而引起較大的組織應(yīng)力，再加以氫原子的擴(kuò)散與聚集，以致最后形成裂紋。延遲裂紋的防止方法，主要是減少焊接接頭上氫的來(lái)源，必要時(shí)進(jìn)行真空退火處理，以減少焊接接頭的含氫量。2.3焊縫的氣孔TA1工藝純鈦焊縫中有形成氣孔的傾向，氣孔主要由氫產(chǎn)生。焊縫金屬冷卻過程中，氫的溶解度發(fā)生變化，如果焊接區(qū)周圍氣氛中氫的分壓較高，則焊縫中氫不易擴(kuò)散逸出，而析集在一起形成氣孔。當(dāng)焊縫中的碳大于0.1%及氧大于0.133%時(shí)，由氧和碳反應(yīng)形成的一氧化碳?xì)怏w也會(huì)導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生。為了防止氣孔，必須嚴(yán)格控制母材金屬、焊絲、氬氣中氫氧氮等雜質(zhì)的含量，正確選擇焊接規(guī)范，縮短熔池處于液態(tài)的時(shí)間，焊前將坡口、焊

9、絲表面的氧化皮、油污等雜質(zhì)清理干凈。3. TA1工業(yè)純鈦的焊接工藝3.1焊前準(zhǔn)備坡口形式和定位焊在選擇坡口形式及尺寸時(shí)，盡量減少焊接層數(shù)和填充金屬量，以減低焊縫的累積量，防止接頭塑性下降。當(dāng)焊接厚度小于2.5mm時(shí)，不需要開坡口，選用對(duì)接接頭，不需要填充焊絲。當(dāng)厚度較大時(shí)必須開坡口，一般采用平焊。定位焊是減少焊接變形的主要措施之一，一般焊點(diǎn)間距為100mm150mm,長(zhǎng)度約10mm15mm。定位焊所用的焊絲、焊接參數(shù)及保護(hù)氣體等條件與正式焊接相同，在每一定位焊點(diǎn)停弧時(shí)，應(yīng)延時(shí)關(guān)閉氬氣。機(jī)械清理對(duì)于焊接質(zhì)量要求不高或酸洗有困難的焊件，可用砂布或不銹鋼絲刷擦拭，或用硬質(zhì)合金刮刀刮削待焊邊緣，刮削0

10、.025mm即可去除氧化膜。然后用丙酮、四氯化碳或甲醇等溶劑去除坡口兩側(cè)的手印、有機(jī)物及焊絲表面油污等?；瘜W(xué)清理如果鈦板熱軋后已經(jīng)酸洗，存放中又生成新的氧化膜時(shí)，可在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%4%的HF+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%40%的HNO3+H2O溶液中浸泡15min20min，然后用清水沖洗干凈并烘干。熱軋后未經(jīng)酸洗的鈦板，氧化膜較厚，應(yīng)先進(jìn)行堿洗，沖洗后再進(jìn)行酸洗，之后用熱水、冷水分別沖洗，最后用白布擦拭晾干。3.2焊接方法的選擇鈦及鈦合金可采用的焊接方法有鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊和真空電子束焊，也可采用電阻點(diǎn)焊、釬焊、擴(kuò)散焊、激光焊等焊接方法。這里只研究鎢極氬弧焊的焊接工藝。用直流反接法焊接TA1工藝純

11、鈦時(shí)，雖有“陰極破碎”作用,但由于需用電流小，生產(chǎn)率受到限制。而交流鎢極氬弧焊許用電流介于直流正接與反接之間，同時(shí)在工件為陰極的半周又有了”陰極破碎”作用,綜合了直流正、反接的優(yōu)點(diǎn)，故用交流鎢極氬弧焊焊接TA1工業(yè)純鈦可獲得較為理想的效果。3.3焊接材料的選擇鈦及鈦合金對(duì)焊接熱裂紋不敏感，焊接TA1時(shí)可以選擇成分與母材相同的填充金屬，焊絲以真空退火狀態(tài)供貨，其表面不得有燒皮、裂紋、氧化色、金屬或非金屬夾雜等缺陷。常用的焊絲直徑為0.84mm。3.4焊接工藝參數(shù)的選擇焊接TA1工業(yè)純鈦時(shí)，焊縫存在晶粒粗大傾向，直接影響焊接接頭的力學(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的氧化及形成氣孔

12、，還應(yīng)考慮晶粒粗化問題，所以應(yīng)盡量采用較小的焊接熱輸入。氣體流量的選擇以達(dá)到良好的保護(hù)效果為準(zhǔn)，具體的焊接工藝參數(shù)見表3-1。表3-1 TA1工業(yè)純鈦手工鎢極氬弧焊焊接工藝參數(shù)板厚/mm坡口形式焊接層數(shù)鎢極直徑/mm焊絲直徑/mm焊接電流/A氬氣流量/L*min-1噴嘴孔徑/mm主噴嘴拖罩背面0.5I形坡口11.51.03050810141668101,012.01. 02.04060810141668101.512.01. 02.060801012141681010122.012.0 3.01. 02.08011012141620101212142.512.0 3.02.0110120121

13、41620101212143.0Y形坡口123.02.03.012014012141620101214183.5123.04.02.03.012014012141620101214184.023.04.02.03.013015014162025121418204.523.04.02.03.020014162025121418205.0234.03.013015014162025121418206.0234.03.04.014018014162528121418207.0234.03.04.014018014162528121420228.0344.03.04.01401801416252812

14、14202210.0雙Y形坡口464.03.04.0160200141625281214202213.0684.03.04.0220240141625281214202220.0124.04.020024012142010121822164.04.05.0230250151818201820202515164.03.04.0200220161826302026223017184.03.04.0200220161826302026223.5TA1工業(yè)純鈦手工鎢極氬弧焊操作要領(lǐng)(1)手工氬弧焊時(shí)，焊絲與焊件應(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

15、池，不得將焊絲端部移出氬氣保護(hù)區(qū)。(2)焊接時(shí)，焊槍基本不做橫向擺動(dòng)，當(dāng)需要擺動(dòng)時(shí)，頻率要低，擺動(dòng)幅度也不宜過大，以防止影響氬氣的保護(hù)。(3) TA1斷弧及焊縫收尾時(shí)，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(shí)方可移開焊槍。3.6焊后熱處理焊后熱處理的目的在于消除應(yīng)力、穩(wěn)定組織和獲得最佳的物理-力學(xué)性能，真空熱處理還可以降低氫含量和防止表面氧化?？筛鶕?jù)焊件成分、原始狀態(tài)和結(jié)構(gòu)使用要求分別進(jìn)行退火、時(shí)效或淬火-時(shí)效處理。4. 結(jié)論通過分析TA1工業(yè)純鈦在焊接時(shí)易產(chǎn)生的問題，制定了合理的焊接工藝，以獲得良好的焊接成形。從而得出以下結(jié)論：(1) TA1工業(yè)純鈦焊接時(shí)的氣體保護(hù)是影響焊接接頭質(zhì)量的重要因素。(2) TA1工業(yè)純鈦焊接時(shí)應(yīng)盡量選用較小的焊接熱輸入。(3) TA1工業(yè)純鈦采用手工鎢極氬弧焊時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格控制氫、