TC4鈦合金、TC11鈦合金等鈦合金材料焊接缺陷的預(yù)防及控制探討

鈦合金憑借其低密度、高強(qiáng)度、耐腐蝕、高性能等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于化工、石油、機(jī)械制造等領(lǐng)域。但由于鈦合金同時(shí)也具有較強(qiáng)的活潑性，因此在焊接過程中極易受到溫度、氣體等影響，導(dǎo)致焊接過程中出現(xiàn)各種缺陷。以下主要對(duì)鈦合金焊接缺陷的預(yù)防和控制措施進(jìn)行淺析，旨在促進(jìn)鈦合金焊接質(zhì)量得到提高。

一、焊接接頭質(zhì)量產(chǎn)生影響的主要因素

首先，氣體等雜質(zhì)污染會(huì)對(duì)焊接接頭的質(zhì)量產(chǎn)生影響。當(dāng)處于常溫狀態(tài)下時(shí)，鈦及鈦合金均具有較好的穩(wěn)定性。但在實(shí)施焊接操作的過程中，液態(tài)熔滴、熔池金屬均具有較強(qiáng)的吸收氧、氫、氮作用，且當(dāng)這些氣體為固態(tài)時(shí)，其會(huì)與鈦及鈦合金會(huì)發(fā)生反應(yīng)。隨著溫度的升高，鈦及鈦合金對(duì)氧、氫、氮等吸收能力會(huì)不斷升高。氧氣、氫氣、氮?dú)饩鶗?huì)對(duì)鈦合金的焊接質(zhì)量產(chǎn)生一定程度的影響，進(jìn)而導(dǎo)致焊接缺陷出現(xiàn)。其次，碳會(huì)對(duì)焊接接頭的質(zhì)量產(chǎn)生影響。碳為鈦及鈦合金中一種常見雜質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)碳含量未超過0.13%時(shí)，焊縫的強(qiáng)度會(huì)明顯有一定程度的提高，塑性相應(yīng)的下降，但這種影響沒有氧氮的作用強(qiáng)烈。當(dāng)含碳量增加時(shí)，在焊縫中會(huì)有網(wǎng)狀的TiC出現(xiàn)，且其數(shù)量與碳含量呈正比例關(guān)系，碳含量越高，網(wǎng)狀TiC數(shù)量就越多。網(wǎng)狀TiC的存在會(huì)大大降低焊縫塑性，進(jìn)而導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。當(dāng)含碳量達(dá)0.55%時(shí)，焊縫幾乎失去塑性，成為很脆的材料。

二、焊接缺陷的預(yù)防及控制措施

（一）氣孔的預(yù)防和控制

氣孔為鈦合金焊接最為常見的一種焊接缺陷。氣孔的消除難度較大，幾乎無法完全消除，通常只能根據(jù)工作需要加強(qiáng)對(duì)氣孔數(shù)量、尺寸、分布等進(jìn)行限制。預(yù)防和控制這種焊接缺陷的措施主要有以下幾點(diǎn)。

1.加強(qiáng)對(duì)材料及表面進(jìn)行清理

①通常情況下，保護(hù)氣均為一級(jí)氬氣，必須保證其純度超過99.99%。

②焊絲不能存在夾層、裂紋。在實(shí)施焊接操作前應(yīng)將焊絲進(jìn)行酸洗，或者進(jìn)行機(jī)械清理。

③但接端面無法進(jìn)行刮削、銑刨等操作時(shí)，在焊接前應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行酸洗。酸洗液通常為3%HF+35%HNO3的水溶液。對(duì)焊件表面進(jìn)行酸洗后還必須使用凈水進(jìn)行沖洗并將其烘干。通常情況下，酸洗-焊接之間的時(shí)間間隔應(yīng)小于2h。如時(shí)間過長，需將其放置到干燥、潔凈的地方儲(chǔ)存好，儲(chǔ)存的時(shí)間需控制在120h之內(nèi)。

④錘擊、橫向刨、滾壓端面，產(chǎn)生橫向溝槽，可大大減少氣孔的產(chǎn)生。焊前進(jìn)行熱清理也可減少氣孔的存在。實(shí)施氬弧焊時(shí)可進(jìn)行電弧熱清理。

2.提高焊接工藝

①適當(dāng)增加熔池停留的時(shí)間，促進(jìn)氣泡能夠有效逸出，減少氣孔。

②使用冶金方法加強(qiáng)對(duì)熔池進(jìn)行去氣，即使用 MnCl2、AlCl3或 CaF2等涂抹到焊接坡口，熔劑的使用數(shù)量通常為1mg/cm2。

③將接坡口留間隙控制在0.2-0.5mm的范圍內(nèi)，減少氣孔。

④實(shí)施鎢極氬弧焊填絲焊接操作時(shí)，使用的焊絲距熔池因保持一定的高度進(jìn)行導(dǎo)入，使焊絲熔化之后直接下落到電弧區(qū)，而不會(huì)直接進(jìn)入到熔池中，起到熔滴凈化去氣作用，減少氣孔。但是該種方法的使用會(huì)對(duì)焊縫成形產(chǎn)生一定影響。

（二）裂紋的預(yù)防和控制

在鈦合金焊接缺陷中，裂紋為一種較為少見的缺陷，其預(yù)防和控制措施主要表現(xiàn)如下：

①加強(qiáng)焊接保護(hù)，避免由于焊接保護(hù)不良導(dǎo)致的焊縫變脆，進(jìn)而導(dǎo)致焊接熱應(yīng)力裂紋產(chǎn)生。

②所應(yīng)用的焊絲不能存在夾層、裂紋等，避免有害雜質(zhì)沾污，減少焊接熱裂紋產(chǎn)生。

③實(shí)施焊接操作前使用預(yù)熱，焊接后使用緩冷等相關(guān)工藝措施，防止TC10類含β穩(wěn)定元素較多的鈦合金在焊接過程中由于結(jié)構(gòu)剛性較大、焊接過程中所使用的工藝不當(dāng)而導(dǎo)致延時(shí)裂紋產(chǎn)生。

④β鈦合金或者后壁為α+β的鈦合金不使用工業(yè)純鈦焊絲，防止焊縫中出現(xiàn)裂紋。

（三）未焊透及鎢夾雜的預(yù)防和控制

未焊透通常易發(fā)生于氬弧焊，其也是一種較為常見的焊接缺陷。在焊接操作過程中，應(yīng)用稍大工藝參數(shù)焊接，并使用背面加墊板的方法可有效預(yù)防未焊透焊接缺陷的發(fā)生。在實(shí)施手工氬弧焊的過程中，稍微操作不慎并有可能導(dǎo)致鎢夾雜產(chǎn)生，因此，預(yù)防和控制該種焊接缺陷產(chǎn)生的措施為加強(qiáng)對(duì)焊工進(jìn)行操作技能培訓(xùn)，提高其焊接操作的穩(wěn)定性。

三、結(jié)束語

在鈦合金焊接過程中，焊接缺陷是無法完全避免的，為促進(jìn)鈦合金的焊接質(zhì)量得到有效保證，需不斷加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)致焊接缺陷產(chǎn)生的相關(guān)因素進(jìn)行深入研究，然后應(yīng)用具有針對(duì)性的措施進(jìn)行預(yù)防和控制。只有這樣才能有效降低焊接缺陷，保證焊接質(zhì)量。