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影響鈦板及鈦材焊接性能的因素有哪些?

來源:鈦棒,鈦板,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-9-9 15:11:40

在空氣中熔化焊接的最大問題就在于氧化以及由各種污染帶來的化合物和金屬間化合物等。所謂的污染物是指氧氣、氮氣以及其他各種油類、塵埃等,這些都會降低鈦材焊接質量。污染物不光包括氧氣、氮氣,還包括有機物、無機物以及除鈦以外的金屬。如機械加工的油漬、潤滑油以及附近車間的鐵粉、涂料粉末、周圍的水分、潮氣、沙子、塵埃等。此外還有從電極當中混入的鎢。污染物中空氣中的氧氣、氮氣、水分的危害是最大的。因此,焊接時就要通過惰性氣體進行保護。通常鈦材表面都有40um厚的氧化膜,切割過后幾秒鐘就能恢復80%的厚度,幾分鐘后就可以恢復到原先的厚度。正是由于這層氧化膜的原因,鈦材才具有如此好的耐蝕性。這個范圍內的氧氣含量并不算是污染物。然而,鈦在大氣中遇到高溫時,就會與大量的氧氣和氮氣等發生反應。這樣就會生成污染物。大氣溫度為427℃時,鈦材表面的氧化膜厚度是常溫下的2~3倍。650℃以上時,氧化膜就會增加。在熔融狀態下,氧氣、氮氣等就會進入焊接熔池,進而從焊接金屬擴散到母材當中。為防止空氣中的氧氣、氮氣等雜物混入,焊接過程中有必要通過惰性氣體保護焊接面及內側。其他金屬的TIG焊接一般不需要氣體保護,內側也大多無需氣體保護。另外,為防止產生油脂類雜物,鈦材以及操作臺面不能用油擦拭。鈦的熔化焊接中,大部分技術問題都在于如何避免上述污染物的產生。防治污染物的對策比較麻煩,而且花費較大。不過,鈦材焊接成功與否就在于污染物的預防對策。

鈦及鈦合金焊接對焊接時保護要求非常嚴格,當焊縫含碳量為0.55%時,焊縫塑性幾乎全部消失而變成非常脆的材料,焊后熱處置也無法消除此種脆性。國技術條件規定,鈦合金母材的含碳量不大于0.1%焊縫含碳量不逾越母材含碳量。 鈦合金中有很多元素,它們對鈦的物理性能都有影響,其中碳是鈦及鈦合金中常見的雜質,當碳含量為0.13%以下時,碳因深在α鈦中,焊縫強度極限有些提高,塑性有些下降,但不及氧氮的作用強烈。但是當進一步提高焊縫含碳量時,焊縫卻出現網狀TiC其數量隨碳含量增高而增多,使焊縫塑性急劇下降,焊接應力作用下易出現裂紋。
1.碳的影響。鈦及鈦合金是比較穩定的但在焊接過程中,常溫下。液態熔滴和熔池金屬具有強烈吸收氫、氧、氮的作用,而且在固態下,這些氣體已與其發生作用。隨著溫度的升高,鈦及鈦合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升,大約在250℃左右鈦開始吸收氫,從400℃開始吸收氧,從600℃開始吸收氮,這些氣體被吸收后,將會直接引起焊接接頭脆化,影響焊接質量的極為重要的因素。
2.氫是影響。其主要原因是隨縫含氫彈量增加,氫是氣體雜質中對鈦的機械性能影響最嚴重的因素。焊縫含氫量變化對焊縫沖擊性能影響最為顯著。焊縫中析出的片狀或針狀TiH2增多。TiH2強度很低,故片狀或針狀衛HiH2作用例以缺口,合沖擊性能顯著降低;焊縫含氫量變化對強度的提高及塑性的降低的作用不很時顯。
3.氧的影響。焊縫的硬度和抗拉強度明顯增加,  焊縫含氧量基本上是隨氬氣中含氧量增加而直線上升的隨焊縫含氧量上升。而塑性卻顯著降低。為了保證焊接接頭的性能,焊接過程中應嚴防焊縫及焊接熱影響區發氧化。
4.氮的影響。氮和鈦板發生劇作用,700℃以上的高溫下。形成脆硬的氮化鈦(TiN而且氮與鈦形成間隙固溶體時所引起的晶格歪挪程度,比等量的氧引起的后果更為嚴重,因此,氮對提高工業純鈦焊縫的抗拉強度、硬度,降低焊縫的塑性性能比氧更為顯著。當焊縫含氮量在0.13%以上是焊縫由于過脆而產生裂紋。

鈦板焊縫缺陷是由于鈦板焊接時,因氬弧焊槍形成的氬氣氣體維護層只能維護好焊接熔池不受空氣的有害作用,而對已凝固而處于高溫狀態附近的焊縫及其附近區域則無保護作用,而處于這種狀態的鈦板焊縫及其附近的區域仍有很強的吸收空氣中的氮及氧的能力。從400℃開始吸收氧,從600℃開始吸收氮,而空氣種含有大量氮和氧。隨氧化水平逐步加重,鈦板焊縫顏色發生變化及焊縫塑性下降的規律。銀白色(無氧化)金黃色(TiO,大約在250℃左右鈦開始吸收氫。輕微氧化)藍色(Ti2O3氧化稍為嚴重)灰色(TiO2氧化嚴重。

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