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钛合金的焊接及检测

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浏览:- 发布日期:2016-12-08 09:22:26【

常温下,钛及钛合金是比较稳定的,钛及钛合金作为结构材料有许多优点,如比重小、抗拉强度和屈服强度高,在300~500℃下仍具有足够高的强度,在海水及大多数酸碱盐的介质中均具有优良的抗腐蚀性能,在航空、化工、核工业上日益获得广泛的应用。但随着温度的上升,钛及其合金吸收氢气、氧气和氮气的能力逐渐上升。钛从250℃开始吸氢,从400℃开始吸氧,从600℃开始吸氮。由于钛合金同O2N2H2的亲和力高,接头中含有这些气体时会使接头变脆,降低钛合金焊接接头的冲击性能、塑性和韧性。钛合金中含有氢时会在热影响区产生延迟裂纹。而当焊缝中含氧、氮量较高时,焊缝或热影响区在较大的焊接应力作用下也会出现裂纹,该裂纹也属于延迟裂纹。因此惰性气体(或真空室)保护是非常必要的。由于使用真空室本钱较高,所以一般使用惰性气体保护的方法。保护气体主要有氦气和氩气,由于氦气价格高于氩气,一般来说,对不是特殊要求的钛合金的焊接接头和热影响区,使用高纯氩气进行保护就可以防止氧化。

 

大多数钛合金可以使用氧乙炔焊的方法进行焊接,并且所有的钛合金均可以使用固态焊接方法进行焊接(TIGMIG、等离子弧焊、激光和电子束焊接)。事实上,钛合金焊接接头发生裂纹的倾向性要比玄色金属(如铁合金、镍合金)小得多。尽管钛合金具有如此良好的性质和其他一些优异的焊接特性,一些工程师们仍然以为钛合金的焊接是相当困难的,主要在于钛合金焊接对于气体保护的要求特别高,一般只有非常专业的职员才能保证气体保护符合要求。实际上,很多焊接手段均可以用来焊接钛合金。由于在焊接过程中引进的空气的N2O2和含碳物质使得钛合金的熔化焊接头变脆,因此待焊区一定要清理干净并使用惰性气体保护。焊接材料基本上也是根据被焊材料的特性进行选取的。钛合金的焊接性一般根据焊接接头的延展性和强度来评价。常见钛合金的焊接性如表所示。

 

关于钛合金的激光焊接目前的应用趋势是越来越广泛,激光焊接的变形小,生产效率高,而且实现自动化的程度比电子束和TIG要高。同电子束焊接相比,激光焊不需要真空室等复杂的设备,所以激光焊接实用性更强,而且激光焊可以以不同焊接状态直接焊接。CO2激光由于功率大,使用25kW/h可以一次性焊透20mm厚的钛板。NdYAG激光由于可以使用光纤进行能量传输而使得YAG的焊接更具灵活性,但由于功率低而使得穿透深度受到限制。激光焊接时轻易产生飞溅,这样就使得表面不清洁,在不能进行焊后处理时一定要特别小心。

焊后检查:对钛合金焊接部位进行目视检查,主要是为了评估气体保护的好坏。当表面呈银白色时,表示气体保护非常好;而当表面为浅黄色或深黄色,表示钛合金受到稍微污染,但仍然还是可以接受的;表面为深蓝色,表示污染比较严重,但由于使用工况的不同,有的可以使用;表面为浅蓝色,污染严重,几乎不可能使用;表面为灰蓝色或灰色时,污染非常严重,不可使用;同样表面为白色时,污染非常严重,不可用。

 

着色检测的办法:硬度测试和涡流检测可以用来检测接头是否含杂质,由于含有杂质时接头性质会发生改变,主要表现在含有杂质时接头的硬度和电阻率会明显变高。便携式手持硬度测试仪可以原位进行测试焊接件的硬度。这一技术的应用可以方便的检测出焊接质量的好坏。一般情况下,钛合金出现焊接裂纹的情况比较少。然而,有时也会在焊缝或因含杂质而产生裂纹。此时,缺陷可以通过着色检查来发现,同时此方法对疏松也有一定的效果。必须留意的是,在继续进行焊接前一定要将着色液清洗干净。


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