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提高钛合金焊接质量的措施探讨

发布日期:2018-09-29  浏览次数:94
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  摘 要钛合金的焊接质量直接关系到制品的使用性能和质量,而由于钛合金自身的物理特性和化学特性,在焊接时,容易受到氢、氦、氮的影响而导致焊缝出现裂纹、气孔、夹杂等质量缺陷,由此影响到整个构件的稳定性。文章对钛合金焊接中常见的质量缺陷进行了分析,进而提出了有效的防范措施,对于提高钛制品的焊接质量具有重要意义。
  关键词:钛合金;焊接;质量缺陷;防止措施
  钛合金的强度较大,具有较好的韧性和耐腐蚀性,所以在工业生产中应用范围较广,但是在焊接时如果受到空气的污染,就会导致焊缝出现质量缺陷。焊缝在钛制品中受力负荷加大,如果存在质量缺陷,就会降低整体的稳定性和安全性,进而导致安全事故的发生以及严重的经济损失。所以应该在焊接前,采取有效的防止措施,降低焊接质量缺陷出现的几率,提高钛合金焊接质量。
  1 钛合金焊接质量缺陷及防止措施
  1.1 焊接裂纹及防止措施
  焊接裂纹是钛合金焊接中常见的质量缺陷,因为钛合金中的硫、磷和碳等杂质较少,所以在晶界中一般不常见低熔点共晶,有效结晶的温度区间较窄,在焊缝凝固的过程中收缩量较小,所以在焊接时很少会出现热裂纹。如果母材与焊丝的质量达不到规范的标准要求,自身就存在质量缺陷的情况下,且在夹层中存在有害物质时,就可能会出现热裂纹,所以在焊接时应该注意焊丝的质量,并且做好有害物质的防护工作,加强对焊后的热处理,则可有效避免热裂纹的出现。
  钛合金焊接时在热影响区可能会出现延迟裂纹,这种裂纹一般会在焊后的一段时间内出现。出现延迟裂纹基本与氢有一定的关系,由于焊接过程中熔池和低温区母材中的氢会向热影响区扩散,由此而?е氯扔跋烨?的氢含量有所增加,在应力的影响下,就会导致延迟裂纹的出现。为了防止延迟裂纹的出现,应该尽量减少焊接接头的氢含量,可以选择含氢量较少的母材、焊丝,并且做好焊前的清理工作,焊后做好残余应力的消除工作。一般正常氢含量的钛合金不会出现氢化钛,所以焊缝中出现裂纹的几率也很小。但是在使用厚板α+β钛合金进行多层焊时,使用工业纯钛作为填充材料,就会引起氢化钛的出现,从而引发氢脆。
  1.2 焊接气孔及防止措施
  气孔也是钛合金焊接中比较常见的质量缺陷,主要包括焊缝中部气孔和熔合线气孔。气孔的存在会降低焊接接头的疲劳强度,有时在气孔较小时,使用无损探伤都无法检测出,此时对焊接接头的疲劳强度就会引发较大的不利影响。出现焊缝气孔的原因主要是在对接断面含有水分、油脂或者油污等,所以会导致气孔的出现。
  为了防止焊接气孔的出现,主要可以从材料及焊接工艺两方面采取对应措施。
  做好焊丝的质量控制,选择焊丝时应该进行认真的检查,避免焊丝存在裂纹和夹层,在焊接工作开始前,对焊丝进行真空处理,采用酸洗措施,或者可采用机械清理的方式;加强对焊件表面的处理工作,对接端面最好进行酸洗,然后使用静水进行冲洗,烘干,但是一定要控制酸洗到焊接的时间,最好不要超过两个小时,如果超时,还需要重新进行酸洗,可以对端面进行铣刨的可以采取机械加工处理;在焊接前,采取热清理的方式,可有效降低气孔的出现。使用氩弧焊时,可用电弧进行清理,使用电子束焊时,可以使用电子束散焦预先加热;保护气一般都会使用纯度为99.99%的氩气。
  采用适宜的焊接方法也是有效避免气孔的重要措施,氩弧焊中的脉冲焊可减少气孔,通断比为1:1;等离子弧焊中的脉冲等离子弧焊比氩弧焊的降低气孔的效果更显著;熔池的停留时间越长,气孔中的气体逸出也会更加充分。使用电子束焊时,利用散焦焊接,可用低速焊和焊道重熔,无氧溶剂电渣焊可以让熔池的停留时间更长,所以几乎没有气孔出现;使用超声和冶金的方式会对熔池进行强化去气,减少气孔的产生;在采用钨极氩弧焊时,焊丝应该与熔池保持一定的距离,焊丝在熔化后不直接进入熔池,而是在电弧区下落,利用熔滴来净化空气,从而减少气孔的产生。
  1.3 钨夹杂及其防止措施
  在使用手工氩弧焊时,如果操作不规范,可能会导致钨夹杂的出现。在自动焊时,为了增加熔深,就会使用“潜弧焊”的焊接工艺,引弧时会出现弧坑,下降机头和焊炬会使钨极的尖端处于工件的表面以下,此时一旦出现断弧,而且又没有及时提高钨极的情况下,弧坑周围的液态金属就会将弧坑填平,将钨极尖埋住后,待熔池凝固就会形成钨夹杂。
  在焊接开始前和焊接完成后,需要着手对钨夹杂情况进行处理,即在焊接开始之前,仔细清理待焊区及其周围,同时还要保持待焊区具有较好的干燥性。对于金属表面没有氧化皮的情况下,要做好油脂清除工作。当有氧化皮时,需要先将氧化皮去除后再清除油脂。清除油脂时可以利用相应的溶剂达到清洗的效果,酸洗后需要利用清水冲洗,并进行烘干处理。对于存在应力腐蚀危险的情况,需要利用不含氯离子的清水进行冲洗。在去氧化皮过程中,如果氧化皮在较高温度情况下形成时,利用化学方法很难对其进行清除,具体清理时可以利用不锈钢丝刷,然后用锉刀清理干净,也可以利用磨削来处理。机械清理完成后一般还要进行酸洗,这样可以保证无氧化皮和油脂污染现象发生。
  1.4 未焊透及防止措施
  未焊透易在氩弧焊中出现,会大大降低焊接接头的强度,不利于整体焊件的焊接质量。为了防止未焊透,可以采用稍大的工艺参数进行焊接,还可以在背面加垫板,可有效预防未焊透现象。
  2 结束语
  因为钛合金应用的领域比较重要,所以钛合金焊接的质量非常关键,直接关系到钛制品的整体结构和性能。在钛合金焊接中比较常见的质量缺陷为裂纹、气孔和钨夹杂,上文中已经对这些质量缺陷的成因进行了分析,并且提出了相应的防止措施。所以在钛合金焊接时,应该做好全面的防范措施,最大程度的降低焊接质量缺陷,提高钛合金焊接质量,为促进我国工业生产的进步创造有利的条件。
  参考文献:
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  [2]陈玉华,戈军委,于大明,郑南松,刘奋成.TC4钛合金电子束焊接缺陷及其成因研究[J].南昌航空大学学报(自然科学版),2013-06-15.
  [3]赵小辉,王东坡,王惜宝,邓彩艳,祖志强.承载超声冲击提高TC4钛合金焊接接头的疲劳性能[J].焊接学报,2010-11-25.

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