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(yán)格控制氬氣中空氣和水蒸氣的含量。焊前進(jìn)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(xué)活性大,易被氧氣、氮?dú)狻錃馕廴?,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(qiáng)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(yīng)設(shè)法避免。
氫的影響
氫的增加會(huì)使鈦的焊縫金屬?zèng)_擊韌性急劇下降,而塑性下降少許,氫化物會(huì)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(qiáng)度增加,塑性下降,但不如氧、氮明顯,碳量超過(guò)溶解度時(shí)生成硬而脆的TiC,呈網(wǎng)狀分布,易產(chǎn)生裂紋,國(guó)標(biāo)規(guī)定鈦其鈦合金中碳含量不得超過(guò)0.1%,焊接時(shí),工件及焊絲的油污能增加碳含量,因此焊接時(shí)需清理干凈。
鈦及鈦合金焊接時(shí)最常見(jiàn)的缺陷是氣孔,主要產(chǎn)生在熔合線附近。氫是形成氣孔的重要原因,在焊接時(shí)由于鈦吸收氫的能力很強(qiáng),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(lái)不及逸出形成氣孔。
接頭脆化問(wèn)題
在常溫下,鈦與氧反應(yīng)生成致密的氧化膜,從而使其具有高的化學(xué)穩(wěn)定性與耐腐蝕性。在施焊過(guò)程中,焊接溫度高達(dá)5000~10000℃,鈦及其合金與氧、氫和氮發(fā)生快速反應(yīng)。據(jù)試驗(yàn),鈦合金在施焊過(guò)程中,溫度在300℃以上時(shí)能快速吸氫,450℃以上時(shí)能快速吸氧,600℃以上時(shí)能快速吸氮。而當(dāng)熔池中侵入這些有害氣體后,焊接接頭的塑性和韌性都會(huì)發(fā)生明顯的變化,特別是在882℃以上,接頭晶粒嚴(yán)重粗大化,冷卻時(shí)形成馬氏體組織,使接頭強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性下降,過(guò)熱傾向嚴(yán)重,接頭嚴(yán)重脆化。因此,在進(jìn)行鈦合金焊接時(shí),對(duì)熔池、熔滴及高溫區(qū),不管是正面還是反面都應(yīng)進(jìn)行全面可靠的氣體保護(hù)。這是保證鈦及其合金焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。延遲裂紋的產(chǎn)生在焊后一段時(shí)間內(nèi),鈦及其合金的近縫區(qū)很容易產(chǎn)生裂紋,這是由氫從高溫熔池向低溫?zé)嵊绊憛^(qū)的擴(kuò)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(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力,導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。
操作要領(lǐng)
1、手工氬弧焊時(shí),焊絲與焊件間應(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),焊槍基本不作橫向擺動(dòng),當(dāng)需要擺動(dòng)時(shí),頻率要低,擺動(dòng)幅度也不宜太大,以防止影響氬氣的保護(hù)。
3、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(kāi)焊槍。