鈦合金棒、TC4鈦合金材料焊接的主要缺陷和修復(fù)方法

鈦及鈦合金焊接時,焊接接頭產(chǎn)生熱裂紋的可能性很小,這是因為鈦及鈦合金中S、P、C等雜質(zhì)含量很少,由S、P形成的低熔點共晶不易出現(xiàn)在晶界上,加之有效結(jié)晶溫度區(qū)間窄小,鈦及鈦合金凝固時收縮量小,焊縫金屬不會產(chǎn)生熱裂紋。但是,鈦及鈦合金焊接時,熱影響區(qū)可能出現(xiàn)冷裂紋,其特征是裂紋產(chǎn)生在焊后數(shù)小時甚至更長時間稱作延遲裂紋。焊接過程中氫由高溫深池向較低溫的熱影響區(qū)擴散,氫含量的提高使該區(qū)析出TiH2量增加,增大熱影響區(qū)脆性,另外由于氫化物析出時體積膨脹引起較大的組織應(yīng)力,再加上氫原子向該區(qū)的高應(yīng)力部位擴散及聚集,以致形成裂紋。

鈦棒加工時，鈦及鈦合金焊接時,氣孔是經(jīng)常碰到的問題。形成氣孔的根本原因是由于氫影響的結(jié)果。焊縫金屬形成氣孔主要影響到接頭的疲勞強度。氫是冷裂紋和氣孔形成的主要原因。因為氫在小于300℃,在α相中溶解度很小,在室溫時極限溶解度只有0.002%。當(dāng)焊縫或熱影響區(qū)在焊后冷卻到300℃以下,過飽和的氫即以氫化鈦(γ相)形式析出。體積增大并產(chǎn)生晶間應(yīng)力,此應(yīng)力發(fā)展會引起晶間微裂紋。晶間微裂紋在外應(yīng)力作用下會擴展成為裂縫。

鈦合金焊接時,當(dāng)溫度高于500~700℃時,很容易吸收空氣中的氧、氫和氮,嚴重影響焊接質(zhì)量。因此,鈦合金焊接時,對熔池全面及高溫部位(400~650℃以上)的焊縫區(qū)必須嚴加保護。為此,鈦及鈦合金焊接時必須采取特殊的保護措施。因此,采用氬弧焊接的方法處理,并采用噴尺寸較大的焊矩,以擴大氣體保護區(qū)面積,當(dāng)噴嘴不足以保護焊縫及近縫區(qū)高溫金屬時,需補充氬保護拖罩。

焊前準備和坡口選擇

(1)焊件和焊絲表面質(zhì)量對焊接接頭的力學(xué)性能有很大影響。焊前可先對試件及焊絲進行酸洗。用凈水沖洗,烘干后立即施焊。用丙酮、乙醇、四氯化碳、甲醇等擦拭鈦板坡口以及其兩側(cè)(分別為50 mm內(nèi))、焊絲表面、工具夾與鈦板接觸的部分。

(2)焊接設(shè)備的選擇[3]。鈦及鈦合金氬弧焊應(yīng)選用具有下降外特性、高頻引弧的直流氬弧焊電源,且延遲遞氣時間不少于15 s,避免焊接時遭受到氧化、污染。所以采用WSM-315型IGBT逆變直流脈沖氬弧焊機。

(3)焊接材料的選擇。氬氣純度應(yīng)不低于99.99%,露點在-40℃以下,相對濕度小于5%。當(dāng)氬氣瓶中的壓力降至0.981 MPa時,應(yīng)停止使用。填充絲一般采用同質(zhì)材料,為改善接頭塑性,可用比母材合金程度稍低焊絲TC3,該次焊接采用焊絲:TC3。

(4)坡口形式的選擇。原則上盡量減少焊接層數(shù)和焊接金屬。隨著焊接層數(shù)的增多,焊縫累計吸氣量增加,以至影響焊接接頭性能。又由于鈦及鈦合金焊接時焊接熔池尺寸較大,因此焊件開單V型70~80°坡口。

正確選擇焊接工藝參數(shù)徹底清除焊件表面、焊絲表面上的氧化皮、油污等有機物。控制好氬氣的流量及流速,防止產(chǎn)生紊流現(xiàn)象,影響充氣保護效果。采用手工鎢極氬弧焊鈦合金焊接處理裂紋辦法可行,可以得到滿意的效果。