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鈦合金的焊接技術(shù)及檢測

2016-6-7 16:06:14

常溫下，鈦及鈦合金是比較穩(wěn)定的，鈦及鈦合金作為結(jié)構(gòu)材料有許多優(yōu)點，如比重小、抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度高，在300~500℃下仍具有足夠高的強(qiáng)度，在海水及大多數(shù)酸堿鹽的介質(zhì)中均具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，在航空、化工、核工業(yè)上日益獲得廣泛的應(yīng)用。但隨著溫度的上升，鈦及其合金吸收氫氣、氧氣和氮氣的能力逐漸上升。鈦從250℃開始吸氫，從400℃開始吸氧，從600℃開始吸氮。由于鈦合金同O2、N2、H2的親和力高，接頭中含有這些氣體時會使接頭變脆，降低鈦合金焊接接頭的沖擊性能、塑性和韌性。鈦合金中含有氫時會在熱影響區(qū)產(chǎn)生延遲裂紋。而當(dāng)焊縫中含氧、氮量較高時，焊縫或熱影響區(qū)在較大的焊接應(yīng)力作用下也會出現(xiàn)裂紋，該裂紋也屬于延遲裂紋。因此惰性氣體(或真空室)保護(hù)是非常必要的。由于使用真空室本錢較高，所以一般使用惰性氣體保護(hù)的方法。保護(hù)氣體主要有氦氣和氬氣，由于氦氣價格高于氬氣，一般來說，對不是特殊要求的鈦合金的焊接接頭和熱影響區(qū)，使用高純氬氣進(jìn)行保護(hù)就可以防止氧化。

　　大多數(shù)鈦合金可以使用氧乙炔焊的方法進(jìn)行焊接，并且所有的鈦合金均可以使用固態(tài)焊接方法進(jìn)行焊接(如TIG、MIG、等離子弧焊、激光和電子束焊接)。事實上，鈦合金焊接接頭發(fā)生裂紋的傾向性要比玄色金屬(如鐵合金、鎳合金)小得多。盡管鈦合金具有如此良好的性質(zhì)和其他一些優(yōu)異的焊接特性，一些工程師們?nèi)匀灰詾殁伜辖鸬暮附邮窍喈?dāng)困難的，主要在于鈦合金焊接對于氣體保護(hù)的要求特別高，一般只有非常專業(yè)的職員才能保證氣體保護(hù)符合要求。實際上，很多焊接手段均可以用來焊接鈦合金。由于在焊接過程中引進(jìn)的空氣的N2、O2和含碳物質(zhì)使得鈦合金的熔化焊接頭變脆，因此待焊區(qū)一定要清理干凈并使用惰性氣體保護(hù)。焊接材料基本上也是根據(jù)被焊材料的特性進(jìn)行選取的。鈦合金的焊接性一般根據(jù)焊接接頭的延展性和強(qiáng)度來評價。常見鈦合金的焊接性如表所示。

　　關(guān)于鈦合金的激光焊接目前的應(yīng)用趨勢是越來越廣泛，激光焊接的變形小，生產(chǎn)效率高，而且實現(xiàn)自動化的程度比電子束和TIG要高。同電子束焊接相比，激光焊不需要真空室等復(fù)雜的設(shè)備，所以激光焊接實用性更強(qiáng)，而且激光焊可以以不同焊接狀態(tài)直接焊接。CO2激光由于功率大，使用25kW/h可以一次性焊透20mm厚的鈦板。Nd：YAG激光由于可以使用光纖進(jìn)行能量傳輸而使得YAG的焊接更具靈活性，但由于功率低而使得穿透深度受到限制。激光焊接時輕易產(chǎn)生飛濺，這樣就使得表面不清潔，在不能進(jìn)行焊后處理時一定要特別小心。

　　焊后檢查：對鈦合金焊接部位進(jìn)行目視檢查，主要是為了評估氣體保護(hù)的好壞。當(dāng)表面呈銀白色時，表示氣體保護(hù)非常好；而當(dāng)表面為淺黃色或深黃色，表示鈦合金受到稍微污染，但仍然還是可以接受的；表面為深藍(lán)色，表示污染比較嚴(yán)重，但由于使用工況的不同，有的可以使用；表面為淺藍(lán)色，污染嚴(yán)重，幾乎不可能使用；表面為灰藍(lán)色或灰色時，污染非常嚴(yán)重，不可使用；同樣表面為白色時，污染非常嚴(yán)重，不可用。

　　著色檢測的辦法：硬度測試和渦流檢測可以用來檢測接頭是否含雜質(zhì)，由于含有雜質(zhì)時接頭性質(zhì)會發(fā)生改變，主要表現(xiàn)在含有雜質(zhì)時接頭的硬度和電阻率會明顯變高。便攜式手持硬度測試儀可以原位進(jìn)行測試焊接件的硬度。這一技術(shù)的應(yīng)用可以方便的檢測出焊接質(zhì)量的好壞。一般情況下，鈦合金出現(xiàn)焊接裂紋的情況比較少。然而，有時也會在焊縫或因含雜質(zhì)而產(chǎn)生裂紋。此時，缺陷可以通過著色檢查來發(fā)現(xiàn)，同時此方法對疏松也有一定的效果。必須留意的是，在繼續(xù)進(jìn)行焊接前一定要將著色液清洗干凈。

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