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鈦合金用于飛機構件的焊接技術

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-6-6 11:09:44
目前,新型飛機的研制對鈦合金焊接結構件的要求越來越高,急需開發新型、優質、高效的焊接方法,以滿足先進航空發動機、飛機的高效率、高性能及高可靠性的結構設計對先進制造技術長壽命、低成本的要求。活性焊劑鎢極氬弧焊(A-TIG)技術就是適應這一要求而發展起來的。該技術不僅能解決上述常規TIG焊接存在的技術不足,而且在相同的工藝條件下,能提高構件的焊接質量和使用壽命[1-3],為鎢極氬弧焊技術開拓新的應用前景。
 
鈦合金材料以其優良的機械性能、耐腐蝕性能以及密度小等優點越來越廣泛地應用于航空、航天、石油、化工及艦船等行業。鎢極氬弧焊是上述各行業中大量應用的鈦合金焊接結構最常使用的焊接方法之一。該方法具有工藝裕度大、工藝適應性強、焊縫質量優良等特點,但也存在電弧能量密度較低、穿透能力較差、焊接時的熱輸入較大、對材料的熱損傷大、焊接應力變形較大等不足;特別是在鈦合金焊接時,易產生氣孔等缺陷,直接影響焊接構件的使用性能。鈦及鈦合金焊接時,當焊縫含氧、氮量較高時,焊縫或熱影響區性能變脆,在較大的焊接應力作用下,會出現冷裂紋。其特征是裂紋產生在焊后數小時甚至更長時間稱作延遲裂紋。經研究表明焊接過程中氫的擴散是引起這種裂紋的主要原因。焊接過程中氫由高溫深池向較低溫的熱影響區擴散,氫含量的提高使該區析出TiH2量增加,增大熱影響區脆性,另外由于氫化物析出時體積膨脹引起較大的組織應力,再加上氫原子向該區的高應力部位擴散及聚集,以致形成裂紋。防止這種延遲裂紋產生的辦法,主要是減少焊接接頭氫的來源。
 
鈦合金A-TIG焊接技術的基本原理
第一,薄膜的存在限制了電弧的導通截面,從而使電弧收縮;
第二、其次,由于焊接前鈦合金材料表面覆蓋活性焊劑層,在電弧導通過程中,只有電弧熱先將活性焊劑和鈦金屬熔融,并實現液態鈦把焊劑薄膜的成功擠走,才能實現電弧的成功導通和穩定燃燒。由于熔融的活性焊劑與液態之間有較好的浸潤性,因此,焊劑薄膜又不容易被擠走。其被擠走的越少,焊縫也就越窄,電弧的熱流量也就越集中,熔透的深度越深;
第三,A-TIG焊接時,活性焊劑分子蒸汽進入電弧氣氛,增加了弧柱中等離子的導熱性,從而使電弧收縮;
第四,電弧熱使活性焊劑分解電離并進入到電弧外圍空間,焊劑離子捕獲電弧外圍電子形成負離子,降低了弧柱外圍空間的電壓,從而使電弧收縮。正是由于上述幾個方面的協同作用,使A-TIG焊接過程中焊接電弧發生明顯收縮,弧柱電流密度增加,致使焊接熔深增加。
  
鈦合金A-TIG焊接技及特點
A-TIG焊接技術是焊接前在待焊接工件上表面涂一層活性焊劑,然后沿焊劑層進行TIG焊的工藝方法。與常規TIG焊接工藝相比,鈦合金A-TIG焊接電弧的穿透能力顯著增強,熱輸入量、焊接變形及應力減小。在焊接相同規格的產品構件時,在相同的焊接電流條件下,可以實現不開坡口單道焊接或使堆焊層數明顯減少,從而提高焊接生產率和產品質量,成倍降低成本。
另外,活性焊劑能夠大大減少氬弧焊過程中產生的焊縫氣孔缺陷,從而直接改善焊接接頭及焊接結構的疲勞性能。試驗表明,TC4鈦合金A-TIG焊對接接頭的疲勞極限比常規TIG焊提高16%,可達到母材的90%。目前鈦合金活性焊劑氬弧焊技術已經發展成為一種為保證武器裝備提高質量、提高加工效率和降低成本的新型先進連接制造技術。
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