鈦及鈦合金常用的焊接方式有:氬弧焊、埋弧焊、真空電子束焊等。3毫米以下厚度用鎢極氬弧焊,3毫米以上用熔化極氬弧焊。氬氣純度不低于99.99﹪,嚴格控制氬氣中空氣和水蒸氣的含量。焊前進行除油污、除氧化皮、除氧化膜表面處理。由于鈦及鈦合金的化學活性大,易被氧氣、氮氣、氫氣污染,所以不能采用焊條電弧焊、氧乙炔(或氧丙烷等)氣焊、C02焊、原子氫焊等方式焊接。
氧和氮的影響
氧和氮間隙固熔于鈦中,使鈦晶格畸變,變形抗力增加,強度和硬度增加,塑性和韌性卻降低,焊縫中含焊氧、氮是不利的,應設法避免。
氫的影響
氫的增加會使鈦的焊縫金屬沖擊韌性急劇下降,而塑性下降少許,氫化物會引起接頭的脆性。
碳的影響
常溫下,碳以間隙形式固溶于鈦中,使強度增加,塑性下降,但不如氧、氮明顯,碳量超過溶解度時生成硬而脆的TiC,呈網狀分布,易產生裂紋,國標規(guī)定鈦其鈦合金中碳含量不得超過0.1%,焊接時,工件及焊絲的油污能增加碳含量,因此焊接時需清理干凈。
鈦及鈦合金焊接時最常見的缺陷是氣孔,主要產生在熔合線附近。氫是形成氣孔的重要原因,在焊接時由于鈦吸收氫的能力很強,而隨著溫度的下降氫的溶解度顯著下降,所以溶解于液態(tài)金屬中的氫往往來不及逸出形成氣孔。
接頭脆化問題
在常溫下,鈦與氧反應生成致密的氧化膜,從而使其具有高的化學穩(wěn)定性與耐腐蝕性。在施焊過程中,焊接溫度高達5000~10000℃,鈦及其合金與氧、氫和氮發(fā)生快速反應。據試驗,鈦合金在施焊過程中,溫度在300℃以上時能快速吸氫,450℃以上時能快速吸氧,600℃以上時能快速吸氮。而當熔池中侵入這些有害氣體后,焊接接頭的塑性和韌性都會發(fā)生明顯的變化,特別是在882℃以上,接頭晶粒嚴重粗大化,冷卻時形成馬氏體組織,使接頭強度、硬度、塑性和韌性下降,過熱傾向嚴重,接頭嚴重脆化。因此,在進行鈦合金焊接時,對熔池、熔滴及高溫區(qū),不管是正面還是反面都應進行全面可靠的氣體保護。這是保證鈦及其合金焊接質量的關鍵。延遲裂紋的產生在焊后一段時間內,鈦及其合金的近縫區(qū)很容易產生裂紋,這是由氫從高溫熔池向低溫熱影響區(qū)的擴散引起的。隨著氫含量的增加,析出的鈦氫化合物增加,熱影響區(qū)脆性增大,再加上析出的氫化物體積膨脹時產生的組織應力,導致裂紋的產生。
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。