钛及钛合金行业

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钛合金导管手工焊接技术

   2021-03-03 1800
  [摘 要]针对航空发动机钛合金导管TA16、TA18焊接工艺进行研究。对合金导管手工氩弧焊进行了研究。
  [关键词]航空发动机;钛合金导管;焊接参数
  中图分类号: TG456.7 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2019)04-0045-01
  1 前言
  钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀等特点,钛合金管材作为一种新型材料,广泛应用于航空航天领域,在航空发动机管路中钛合金导管所占比重越来越大。另外钛合金是一种非常活泼的金属,在高温下对氧、氢、氮等气体具有极大的亲和力,吸收和溶解气体能力很强,特别是在焊接过程中,这种能力伴随着焊接温度的升高,表现得尤为强烈,在焊接时需要对氧、氢、氮等气体的吸收和溶解加以控制,避免产品的报废,这给钛合金管焊接带来了极大的困难。
  2 钛合金导管手工氩弧焊
  2.1钛合金导管的焊接性
  (1)焊接接头的脆化
  在常温下,钛与氧反应生成致密的氧化膜,从而使其具有较好的化学稳定性与耐腐蚀性。高温下,特别是在焊接过程中,钛合金与氧、氢、氮反应的速度极快,当熔池中侵入氧、氢、氮等有害气体后,焊接接头的塑性、韧性和表面颜色等都有明显的变化,特别是在882℃以上时,接头晶粒长大倾向严重,冷却时形成马氏体组织,致使接头强度、硬度、塑性、韧性下降,过热倾向严重,接头严重脆化。因此,在进行钛合金焊接时,对熔池、熔滴及高温区,不管是正面还是反面,都应进行全面、可靠的气体保护。
  (2)气孔
  气孔是钛及钛合金焊接时最常见的缺陷,主要出现在熔合线附近。氢是形成气孔的主要原因。在焊接时,钛吸收氢的能力很强(在高温时更强),溶解度却随着温度的下降而显著下降,所以溶解于液态金属中的氢往往来不及逸出就聚集于熔合线附近形成气孔。
  (3)近缝区的延时裂纹
  钛合金在焊后一段时间内.在近缝区往往容易出现裂纹(延时裂纹)。产生原因是氢由高温熔池向低温热影响区扩散,随着含氢量增加,析出的TiH2量增加,使热影响区脆性增大,再加上析出的氢化物体积膨胀时产生的组织应力,最终导致裂纹产生。
  2.2钛合金导管的焊接要求及注意事项
  (1)尽量设置专用的焊接工作间,室内严禁吸烟,环境保持清洁、干燥,严格控制空气的对流。
  (2)焊工焊接时穿洁净的工作服,戴脱脂手套,严禁赤手触摸零件。
  (3)焊接区域及焊丝表面应用丙酮进行脱脂处理。
  (4)采用高纯度保护氩气,纯度不小于99.99%。焊接时的供气流量应按工艺规程规定的值对焊道正面、背面进行保护。
  (5)在焊接过程中,管内氩气与焊具喷嘴的氩气流量要保持恒定,以防管内焊缝熔池成型产生凸凹现象。
  (6)焊接时应尽可能采用短弧焊接,采用小的焊接线能量。
  (7)对接管定位点焊时,其间隙小于30%壁厚。每道焊缝应尽可能一次焊完。
  (8)焊接时,焊具不应左右摆动,焊丝熔化端不得移出气体保护区。引弧时应提前送气10-15s,息弧时不能马上抬起焊枪,应延后供气15-30s,直到温度降至250℃以下。
  2.3焊接工艺
  2.3.1焊前清理。
  焊接缺陷的产生与焊件、焊丝表面清洁度有很大关系。焊前应将管接头边缘15~20mm范围内及焊丝表面的油污、水、氧化膜及其他脏物清理干净。清理方法可采用化学方法(酸洗)或机械手段(不锈钢刷除)去除表面氧化皮。焊前还应用丙酮或酒精擦洗,清洗后的焊件必须在24h内焊完,否则需重新清理。焊丝酸洗后最好经过真空脱氢处理,焊前用丙酮脱脂。
  2.3.2气体保护。钛管接头在焊接时,为了防止焊接接头在高温下被有害气体及元素污染,必须对焊缝进行必要的氩气保护,纯度不小于99.99%。氩气流量按表2-1所示。
  2.3.3焊接工艺参数的选择。
  (1)焊丝的选择。填充焊丝的牌号应根据母材来选择,一般采用与母材同质的原则,有时为了提高接头的塑性,也可以选择比母材合金化程度稍低的焊丝。焊丝直径的选择应根据母材厚度来选择,见表2-1所示。
  (2)电源及极性的选择。钛及钛合金焊接一般采用直流手工极氩弧电源,其极性接法采用直流正接。
  (3)鎢极的选择。钨极直径根据钛合金管壁厚选择,一般在 1.0-3.Omm之间,钨极端部应磨成25°~45°的锥形。
  (4)焊接电流及其他参数选择见表2-1。
  参考文献
  [1]陈祝年.焊接工程师手册.机械工业出版社,北京,2002.1,ISBN 7-111-09859-5.
  [2]徐初雄.焊接工艺500问.机械工业出版社,北京,1997.2,ISBN 7-111-05202-1.
  [3]中国航空材料手册编辑委员会.中国航空材料手册.中国标准出版社.北京,2001.8,ISBN 7-5066-2439-7.
  [4]崔忠昕,刘北兴.金属学与热处理原理.哈尔滨工业大学出版社.哈尔滨,2004.2,ISBN 7-2603-1334-5.
  [5]胡少荃,张学德,钟山.焊接工艺学.航空技工教材编审委员会.
 
标签: 钛合金焊接
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