在某工程項(xiàng)目上，設(shè)備的主體材質(zhì)為鈦材，牌號(hào)為TA2，考慮到產(chǎn)品的厚度和評(píng)定覆蓋范圍，在產(chǎn)品焊接前, 我們選用30mm厚的鈦板，采用手工鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。坡口選擇:由于鈦板厚度為30mm，考慮到盡量減少焊材的填充量，我們采用如附圖所示的雙面U型坡口。

 

1.焊接工藝要點(diǎn)

a.焊接環(huán)境：鈦材的焊接應(yīng)在清潔的環(huán)境中進(jìn)行，嚴(yán)禁在含有鐵、磨料粉末、灰塵的空氣中施焊。焊接時(shí)應(yīng)避開通風(fēng)口和敞開的門窗，防止外界氣流對(duì)保護(hù)氣的影響。

b.坡口加工和清理：坡口宜采用機(jī)械加工，并去除毛刺，坡口附近20mm 范圍應(yīng)使用不銹鋼絲刷清理干凈，機(jī)械清理后應(yīng)立即用丙酮清洗上述表面并擦拭干凈。

c.氬氣保護(hù)：對(duì)熔池及處于400℃ 以上的區(qū)域（包括焊縫背面）進(jìn)行良好的氬氣保護(hù)。需要采用大噴嘴焊槍, 一般噴嘴直徑為Φ16mm左右，噴嘴內(nèi)應(yīng)設(shè)置氣體透鏡以確保保護(hù)效果。另外需根據(jù)實(shí)際焊接結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制作氣體保護(hù)裝置，除了噴嘴氬氣保護(hù)外，還應(yīng)設(shè)置拖罩保護(hù)以保護(hù)凝固的高溫焊縫，制作反面保護(hù)罩以保護(hù)焊縫背面，在焊接時(shí)，背面保護(hù)裝置應(yīng)隨著正面焊接同時(shí)移動(dòng)。

 

2.焊接規(guī)范

焊材的選擇一般是要求焊材的成分與被焊鈦材相匹配，但為了改善接頭性能，有時(shí)也可選用屈服強(qiáng)度低于母材的焊接材料。在[寶雞力航鈦業(yè)]www.nmware.com(AWS A5.16)中規(guī)定有工業(yè)純鈦焊絲的成分與性能，國(guó)標(biāo)中規(guī)定的鈦絲成分與性能同AWS一致。在確保嚴(yán)格清理干凈待焊區(qū)域及保護(hù)氣良好的情況下，采用如表3規(guī)范進(jìn)行焊接，焊材選用與母材等成分的TA2（AWS 為ERTi-2）焊絲，層間溫度控制≤100℃，層間清理干凈焊縫表面。焊縫保護(hù)效果判斷：銀白色為保護(hù)最好；淺黃色為輕微氧化；藍(lán)色表示氧化嚴(yán)重；灰色則為極差，按不合格處理。

 

3.理化性能試驗(yàn)

試板焊接完成后，表面成形良好, 焊縫表面為銀白色，之后進(jìn)行100% RT 檢驗(yàn)合格，然后進(jìn)行了理化試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。焊接工藝評(píng)定試板經(jīng)焊后100%無損檢測(cè)合格，抗拉強(qiáng)度、冷彎試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和化學(xué)成分均滿足產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。鈦材焊接時(shí)，焊接環(huán)境的清潔、焊前對(duì)焊絲和工件的清理、焊接時(shí)保護(hù)氣體的純度和400℃以上高溫區(qū)域的有效保護(hù)是影響焊接質(zhì)量的重要因素。從焊接工藝評(píng)定的結(jié)果可以看出，焊接接頭性能滿足技術(shù)要求，證明焊接評(píng)定試驗(yàn)所采用的焊接工藝參數(shù)合理、可靠，可以用于產(chǎn)品焊縫的焊接。

 

純鈦的焊接性分析:

 

1.氣體等雜質(zhì)污染引起的接頭脆化。

常溫下鈦材是很穩(wěn)定的，但隨著溫度升高，鈦焊縫吸收氫、氧、氮的能力隨之也明顯上升。試驗(yàn)研究表明, 鈦材一般從250℃開始就吸收氫、氧、氮，在焊接時(shí)，溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，焊縫塑性則越差，所以在焊接鈦材時(shí)，如采用氬弧焊接，普通的焊槍是不能滿足要求的，因?yàn)樗荒苁购缚p得到有效的保護(hù)，普通焊槍形成的保護(hù)氣只能保護(hù)焊接熔池，對(duì)于處于已凝固的高溫區(qū)的焊縫及熱影響區(qū), 不能提供保護(hù)，就會(huì)造成高溫焊縫及熱影響區(qū)吸收氫、氧、氮等氣體。氮、氧和氫的侵入均能在焊縫形成間隙固溶體，使焊縫的強(qiáng)度提高，降低焊縫的塑性及韌性，而氫還會(huì)顯著降低焊縫的沖擊韌性進(jìn)而使焊接接頭脆化。因此，焊接時(shí)要對(duì)于400℃以上的高溫區(qū)給予充分的保護(hù)，包括焊縫背面。

 

2.焊接接頭裂紋

當(dāng)焊縫氫、氧、氮、碳的含量較高時(shí)，焊縫及熱影響區(qū)會(huì)變脆，在較大焊接應(yīng)力作用下會(huì)出現(xiàn)裂紋，這些裂紋一般是在較低溫度下形成的，產(chǎn)生原因主要與焊接區(qū)氣體的保護(hù)及待焊工件表面的清理有關(guān)。對(duì)于鎢極氬弧焊而言，良好的氣體保護(hù)，徹底地清理干凈待焊區(qū)域，即可避免裂紋的產(chǎn)生。

3.焊接氣孔

鈦材焊接時(shí)的氣孔形成原因主要是在保護(hù)氣及母材焊絲中含有的氫、氧、氮、水等雜質(zhì)，工件表面或焊絲上的油脂、氧化物等污染未能清理干凈。所以消除氣孔形成的方法就是要使用較高純度的氬氣進(jìn)行保護(hù)，一般純度要達(dá)到99.99%，并對(duì)焊接時(shí)400℃ 以上的區(qū)域進(jìn)行充分的保護(hù)，同時(shí)焊接前仔細(xì)清理焊絲、坡口、工件上的油脂等氧化物。

 

氣體雜質(zhì)對(duì)焊縫金屬性能的影響 鈦具有很高的化學(xué)活潑性，與空氣中的氧、氮有極高的親和力。據(jù)[寶雞力航鈦業(yè)]www.nmware.com介紹在較低的溫度下，鈦與氧相互作用生成一層致密的氧化膜，隨著溫度的提高，氧化膜的厚度隨之增厚，超過600℃鈦開始吸氧并使氧溶解到鈦中。溫度再高，鈦的活性就會(huì)急劇增加并與氧發(fā)生激烈反應(yīng)而生鈦氧化物。鈦300℃以上開始吸氫，在700℃以上開始吸氮。氧和氮對(duì)鈦污染的結(jié)果是使鈦強(qiáng)度和硬度增高而塑性降低。氮比氧的影響程度更大，氫在鈦中含量從0.01%～0.05%會(huì)使焊縫金屬的沖擊韌性急劇下降，而塑性卻下降較少。這是氫化物引起的脆性，即所常說的“氫脆”。氫也是引發(fā)焊縫產(chǎn)生氣孔的根源。

 

影響鈦材焊接質(zhì)量的因素：1.氣體雜質(zhì)對(duì)焊縫金屬性能的影響;2.其他雜質(zhì)對(duì)焊縫金屬性能的影響;3.焊接金屬和接頭熱影響區(qū)的組織變化4.氣孔是鈦焊縫中常見和較難避免的缺陷。鈦及鈦合金作為結(jié)構(gòu)材料有許多優(yōu)點(diǎn)，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。鈦材具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，可用于其它金屬材料難以勝任的高氯離子濃度介質(zhì)下工作的設(shè)備，選材上一般采用加工性能及力學(xué)性能優(yōu)良的工業(yè)純鈦。工業(yè)純鈦中的雜質(zhì)能提高材料的強(qiáng)度，但會(huì)使塑性顯著降低，以上3種等級(jí)的工業(yè)鈦材隨雜質(zhì)的增多強(qiáng)度依次增加，塑性同時(shí)依次下降。與鈦合金相比，純鈦的強(qiáng)度較低，但塑性及韌性較好，特別是低溫沖擊韌性優(yōu)良, 缺點(diǎn)是溫度升高時(shí)強(qiáng)度顯著下降，故只能在350℃以下溫度使用，與普通容器用鋼相比，鈦材屈強(qiáng)比較高，塑性韌性相對(duì)較差。