鈦合金焊接工藝

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1、特 點(diǎn) ： 鈦 及 鈦 合 金 密 度 小 ， 熱 膨 脹 系 數(shù) 小 （ 4.5 g/cm-3） ， 道 導(dǎo) 熱 性 差 ， 摩 擦 系數(shù) 大 ， 彈 性 模 量 較 低 ， 不 利 于 結(jié) 構(gòu) 的 剛 度 。 工 業(yè) 純 鈦 有 很 高 的 化 學(xué) 活性 ， 生 成 致 密 氧 化 膜 ， 在 不 同 條 件 下 (酸 、 堿 、 溫 度 )有 很 好 的 耐 蝕 性（ 500 ） 。 強(qiáng) 度 高 ， 良 好 的 塑 性 和 韌 性 ， 足 夠 的 抗 腐 蝕 性 和 高 溫 強(qiáng) 度 ， 最 為 突 出的 特 點(diǎn) 是 比 強(qiáng) 度 高 。 因 而 ， 在 石 油 、 化 工 、 航 空 航

2、天 以 及 原 子 能 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 得 到 了 廣 泛 應(yīng)用 ， 尤 其 是 鋼 +鐵 的 雙 金 屬 焊 接 結(jié) 構(gòu) 應(yīng) 用 更 為 廣 泛 。 因 此 ， 對 鋼 與 鈦 焊 接 的 研 究 更 為 迫 切 。 鈦 及 其 合 金 的 焊 接1、 鈦 合 金 特 點(diǎn) 、 分 類 及 性 能 鈦 合 金的 分 類 工 業(yè) 純 鈦 （ TA1， TA2， TA3）鈦 合 金 鈦 合 金 （ TA4， TA5， TA6.） 鈦 合 金 （ TB1， TB2 .） 鈦 合 金 （ TC1， TC2， TC3.）1、 鈦 合 金 特 點(diǎn) 、 分 類 及 性 能 工 業(yè) 純 鈦 （ TA1，

3、TA2， TA3）Ti在 885 以 下 為 密 排 六 方 鈦 合 金Ti在 885 以 上 為 體 心 立 方 鈦 合 金Ti在 885 發(fā) 生 同 素 異 構(gòu) 轉(zhuǎn) 變純 鈦 中 雜 質(zhì) ： H、 O、 Fe、 Si、 C、 N等O、 N、 H形 成 間 隙 固 溶 體 ， Fe、 Si等 形 成 置 換 固 溶 體 ， 固 溶 強(qiáng) 化 （ 強(qiáng) 度 、硬 度 提 高 ， 塑 性 、 韌 性 下 降 ） ， 但 H使 鈦 的 沖 擊 韌 性 急 劇 下 降 ， 氫 脆 。 鈦 合 金鈦 合 金 ： 加 入 Al、 穩(wěn) 定 相 ， 中 性 元 素 Sn、 Zr。加 入 Al 5 ， 再 結(jié) 晶

4、 溫 度 600 800 ， 耐 熱 性 提 高 ， 減 少 H 的 敏 感性 ， 過 多 （ 7 ） ， Ti3Al相 脆 性 。 鈦 合 金 高 溫 強(qiáng) 度 高 、 韌 性 好 ， 抗 氧 化 能 力 強(qiáng) ， 焊 接 性 好 ， 組 織 穩(wěn) 定 ，但 加 工 性 比 鈦 合 金 和 鈦 合 金 差 ， 不 同 進(jìn) 行 熱 處 理 強(qiáng) 化 ， 只 是 600 700 退 火 消 除 加 工 硬 化 ， 500 600 不 完 全 退 火 消 除 焊 接殘 余 應(yīng) 力 。鈦 合 金 ： 含 有 穩(wěn) 定 元 素 ， 含 Mo、 V、 Cr。 通 過 時(shí) 效 熱 處 理 ， 單 一 相加 工 性

5、能 良 好 ， 但 高 溫 性 能 差 ， 焊 接 性 很 差 ， 易 于 形 成 冷 裂 紋 ， 焊 接 結(jié)構(gòu) 中 很 少 用 。1、 鈦 合 金 特 點(diǎn) 、 分 類 及 性 能 鈦 合 金 鈦 合 金 ： 兩 相 ， 含 有 Al， 穩(wěn) 定 相 ， 中 性 元 素 Sn、 Zr， 相 穩(wěn) 定元 素 （ 6 ） 。 具 有 和 相 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 即 高 溫 變 形 能 力 和 熱 加 工 性 ， 又 可 熱 處 理 提 高強(qiáng) 度 。 TC4（ Ti6Al4V） 是 廣 泛 應(yīng) 用 的 鈦 合 金 ， 不 同 熱 處 理 下 兩 相 比 例 、性 質(zhì) 、 形 態(tài) 不 同 。 具 有 良 好

6、的 壓 力 加 工 性 和 焊 接 性 。1、 鈦 合 金 特 點(diǎn) 、 分 類 及 性 能 國 外 在 20 世 紀(jì) 50年 代 就 開 始 進(jìn) 行 研 究 . 美 國 在 1956 年 第 一 次 對 鈦 與 鋼 直 接 進(jìn) 行 點(diǎn) 焊 ,由 于 接 頭 發(fā) 脆 沒 有 成 功 。一 般 認(rèn) 為 鐵 在 -Ti 中 溶 解 度 極 小 ,這 樣 在 鈦 -鐵 焊 縫 中 除 了 有 鐵 在 -Ti 中 的 固 溶 體 外 ,還 形 成 了 脆 性 的 TiFe 型 -金 屬 間 化 合 物 ,這 些 相 的 硬 度達(dá) H v600 ,有 的 甚 至 到 H v800 1050 ,致 使 焊

7、縫 發(fā) 脆 ,在 冷 卻 過 程 中 形成 裂 紋 ,TiFe 型 及 TiC 等 脆 性 相 是 導(dǎo) 致 焊 縫 開 裂 的 主 要 原 因 。為 使 鈦 與 鐵 能 焊 在 一 起 ,必 須 在 焊 接 過 程 中 避 免 產(chǎn) 生 這 些 脆 性 相 ,解 決 這個(gè) 問 題 的 途 徑 可 以 歸 納 為 以 下 幾 種 : (1) 用 一 種 與 鈦 、 鐵 兩 元 素 能 形 成 連 續(xù) 的 或 寬 范 圍 固 溶 體 的 金 屬 來 直 接進(jìn) 行 焊 接 ; (2) 用 一 種 或 兩 種 與 鈦 、 鐵 兩 元 素 有 好 的 可 焊 性 的 金 屬 作 為 中 間 填 料 ,使

8、鈦 與 鋼 間 接 地 焊 接 起 來 ; (3) 采 用 低 于 鈦 、 鐵 熔 點(diǎn) 的 焊 接 方 法 。2、 鈦 及 鈦 合 金 焊 接 特 點(diǎn) 接 頭 區(qū) 脆 化 ：540 以 上 ， 氧 化 膜 疏 松 ， 與 O、 N、 H 等 反 應(yīng) 快 ， 接 頭 塑 性 韌 性 降 低 。300 以 上 吸 H ， 600 以 上 吸 O， 700 以 上 吸 N，O、 高 溫 固 溶 ， 強(qiáng) 度 提 高 ， 塑 性 下 降 ； N會(huì) 形 成 脆 性 相 TiN。H 是 相 穩(wěn) 定 元 素 ， 325 發(fā) 生 共 析 反 應(yīng) ： （ TiH 2） ， 片 狀 或 針 狀 存 在 ， 裂 紋

9、源 ， 降 低 塑 性 和 韌 性 ，焊 接 中 嚴(yán) 格 控 制 H 來 源 。2、 鈦 及 鈦 合 金 焊 接 特 點(diǎn) 接 頭 區(qū) 脆 化 ： 常 溫 時(shí) ， C 在 鈦 中 溶 解 度 0.13 ， 間 隙 固 溶 ， 強(qiáng) 度 提 高 ， 塑 性 下 降 。飽 和 析 出 TiC， 網(wǎng) 狀 分 布 ， 塑 性 降 低 ， 焊 接 裂 紋 。 所 以 ， C0.1 . 合 金 元 素 ： Al、 Ni、 Si、 Nb、 Cr、 Mn、 Mo等 。焊 接 時(shí) 采 用 高 純 度 惰 性 氣 體 或 無 氧 氟 氯 化 物 焊 劑2、 鈦 及 鈦 合 金 焊 接 特 點(diǎn) 焊 接 裂 紋 ： 熔

10、點(diǎn) 高 ， 熱 容 量 大 ， 導(dǎo) 熱 性 差 ， 形 成 的 熔 池 大 ， 焊 縫 和 熱 影 響 區(qū) 金 屬高 溫 停 留 時(shí) 間 長 ， 晶 粒 長 大 ， 降 低 接 頭 塑 性 和 韌 性 ， 易 于 產(chǎn) 生 焊 接 裂紋 。O、 H 、 N多 時(shí) ， 焊 縫 和 H AZ變 脆 ， 易 于 產(chǎn) 生 冷 裂 紋 ， 延 遲 裂 紋焊 縫 氣 孔 ：氬 氣 、 母 材 、 焊 絲 中 O2、 N2、 H 2、 CO2、 H 2O都 可 以 引 起 氣 孔其 中 H 是 形 成 氣 孔 的 組 要 氣 體 。措 施 ： 加 強(qiáng) 清 理 （ 機(jī) 械 清 理 和 化 學(xué) 清 理 ） ， 縮

11、 短 焊 接 時(shí) 間 ， 良 好 的 焊 接工 藝 等 。2、 鈦 及 鈦 合 金 焊 接 特 點(diǎn) 鈦 及 鈦 合 金 密 度 小 ， 強(qiáng) 度 高 ， 良 好 的 塑 性 和 韌 性 ， 足 夠 的 抗 腐 蝕 性 和高 溫 強(qiáng) 度 ， 最 為 突 出 的 特 點(diǎn) 是 比 強(qiáng) 度 高 。 因 而 ， 在 石 油 、 化 工 、 航 空 航 天 以 及 原 子 能 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 得 到 了 廣 泛應(yīng) 用 ， 尤 其 是 鋼 +鐵 的 雙 金 屬 焊 接 結(jié) 構(gòu) 應(yīng) 用 更 為 廣 泛 。 因 此 ， 對 鋼 與 鈦 焊 接 的 研 究 更 為 迫 切 。 2、 鈦 及 鈦 合 金 焊 接

12、特 點(diǎn) 圖 12所 示 為 鐵 鈦 合 金 狀 態(tài) 圖 。 鐵 在 鈦 中 的 溶 解 度 極 低 ， 焊 接 時(shí) 焊 縫金 屬 中 容 易 形 成 金 屬 間 化 合 物 FeTi、 Fe2Ti， 使 接 頭 金 屬 塑 性 嚴(yán) 重 下降 ， 脆 性 增 加 。 與 不 銹 鋼 焊 接 時(shí) ， 鈦 還 會(huì) 與 Fe、 Cr、 Ni形 成 更 加 復(fù)雜 的 金 屬 間 化 合 物 ， 使 焊 縫 嚴(yán) 重 脆 化 ， 甚 至 產(chǎn) 生 裂 紋 、 氣 孔 。 因 此 ，最 好 避 免 采 用 熔 焊 方 法 ， 盡 量 采 用 壓 焊 或 釬 等 方 法 。 2、 鋼 與 鈦 及 其 合 金 的 焊 接 特 性