鈦合金焊接過(guò)程中為什么要焊前預(yù)熱和焊后熱處理
在
鈦合金焊接過(guò)程中,由于加熱和冷卻的不均勻性,以及構(gòu)件本身產(chǎn)生拘束或外加拘束,在鈦合金焊接工作結(jié)束后,在構(gòu)件中總會(huì)產(chǎn)生鈦合金焊接應(yīng)力。鈦合金焊接應(yīng)力在構(gòu)件中的存在,會(huì)降低鈦合金焊接接頭區(qū)的實(shí)際承載能力,產(chǎn)生塑性變形,嚴(yán)重時(shí),還會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件的破壞。
1.焊前預(yù)熱
焊前預(yù)熱及焊后熱處理對(duì)于保證鈦合金焊接質(zhì)量非常重要。重要構(gòu)件的鈦合金焊接、合金鋼的鈦合金焊接及厚部件的鈦合金焊接,都要求在焊前必須預(yù)熱。焊前預(yù)熱的主要作用如下:(1)預(yù)熱能減緩焊后的冷卻速度,有利于焊縫金屬中擴(kuò)散氫的逸出,避免產(chǎn)生氫致裂紋。同時(shí)也減少焊縫及熱影響區(qū)的淬硬程度,提高了鈦合金焊接接頭的抗裂性。(2)預(yù)熱可降低鈦合金焊接應(yīng)力。均勻地局部預(yù)熱或整體預(yù)熱,可以減少鈦合金焊接區(qū)域被焊工件之間的溫度差(也稱為溫度梯度)。這樣,一方面降低了鈦合金焊接應(yīng)力,另一方面,降低了鈦合金焊接應(yīng)變速率,有利于避免產(chǎn)生鈦合金焊接裂紋。(3)預(yù)熱可以降低鈦合金焊接結(jié)構(gòu)的拘束度,對(duì)降低角接接頭的拘束度尤為明顯,隨著預(yù)熱溫度的提高,裂紋發(fā)生率下降。
預(yù)熱溫度和層間溫度的選擇不僅與鋼材和焊條的化學(xué)成分有關(guān),還與鈦合金焊接結(jié)構(gòu)的剛性、鈦合金焊接方法、環(huán)境溫度等有關(guān),應(yīng)綜合考慮這些因素后確定。另外,預(yù)熱溫度在鋼材板厚方向的均勻性和在焊縫區(qū)域的均勻性,對(duì)降低鈦合金焊接應(yīng)力有著重要的影響。局部預(yù)熱的寬度,應(yīng)根據(jù)被焊工件的拘束度情況而定,一般應(yīng)為焊縫區(qū)周圍各三倍壁厚,且不得少于150-200毫米。如果預(yù)熱不均勻,不但不減少鈦合金焊接應(yīng)力,反而會(huì)出現(xiàn)增大鈦合金焊接應(yīng)力的情況。
2.焊后熱處理
焊后熱處理的目的有三個(gè):消氫、消除鈦合金焊接應(yīng)力、改善焊縫組織和綜合性能。焊后消氫處理,是指在
鈦合金焊接完成以后,焊縫尚未冷卻至100℃以下時(shí),進(jìn)行的低溫?zé)崽幚怼R话阋?guī)范為加熱到200~350℃,保溫2-6小時(shí)。焊后消氫處理的主要作用是加快焊縫及熱影響區(qū)中氫的逸出,對(duì)于防止鈦合金焊接時(shí)產(chǎn)生焊接裂紋的效果極為顯著。
消應(yīng)力熱處理是使焊好的工件在高溫狀態(tài)下,其屈服強(qiáng)度下降,來(lái)達(dá)到松弛鈦合金焊接應(yīng)力的目的。常用的方法有兩種:一是整體高溫回火,即把焊件整體放入加熱爐內(nèi),緩慢加熱到一定溫度,然后保溫一段時(shí)間,最后在空氣中或爐內(nèi)冷卻。用這種方法可以消除80%-90%的鈦合金焊接應(yīng)力。另一種方法是局部高溫回火,即只對(duì)焊縫及其附近區(qū)域進(jìn)行加熱,然后緩慢冷卻,降低鈦合金焊接應(yīng)力的峰值,使應(yīng)力分布比較平緩,起到部分消除
鈦合金焊接應(yīng)力的目的。有些合金材料在鈦合金焊接以后,其鈦合金焊接接頭會(huì)出現(xiàn)淬硬組織,使材料的機(jī)械性能變壞。此外,這種淬硬組織在鈦合金焊接應(yīng)力及氫的作用下,可能導(dǎo)致接頭的破壞。如果經(jīng)過(guò)熱處理以后,接頭的金相組織得到改善,提高了鈦合金焊接接頭的塑性、韌性,從而改善了鈦合金焊接接頭的綜合機(jī)械性能。