钛材特点及焊接特性.docx
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钛材特点及焊接特性
1. 钛及钛合金分类工业纯钛:
TA1、TA2、TA3。
钛合金:
α钛合金、β钛合金、α+β钛合金。
2. 钛材特点性能优异、钛材最大的特点是质量小(密度4.51g/cm3),强度高,耐腐蚀性优良,低温性能好,在海水和大多数酸、碱、盐介质中均有优良的抗腐蚀性能,在尿素生产中,其耐腐蚀性比超低碳奥氏体不锈钢还高10倍。
有这样一个例子,在制盐生产中,使用紫铜管制造的预热器,使用几个月便严重腐蚀,10个月更新。
氯离子对钛设备没有任何腐蚀,盐浆管用碳钢做半个月即被腐蚀,呈蜂窝状,每年要更换盐浆管6次;采用不锈钢,4个月即穿孔。
换成钛管,用了4年,尚未出现腐蚀穿孔。
钛设备一次性投资较高,全寿命周期费用比较低,经济效益非常明显。
3. 钛制品的焊接特点钛设备焊接极易氧化、氮化和脆化。
① 在400℃时即开始大量吸氢,氢是钛最有害的元素之一,使钛的塑性与韧性降低,导致脆裂,在冷却时,氢来不及逸出而产生气孔,故一般要求钛材中含量小于0.01%~0.15%,若母材含氢量大,则应预先进行脱氢处理。
② 钛在600℃以上就会急剧地和氧、氮化合,生成TiO2和TiN(硬度极大),使焊接接头的塑性和韧性下降,并会引起气孔和裂纹缺陷。
③ 当加热到800℃以上,TiO2即溶解于钛中并扩散深入到金属钛的内部组织中,形成0.01~0.08mm厚的中间脆性层。
温度越高,时间越长,氧化、氮化也越严重,焊接接头的塑性急剧下降。
要求钛中含氧量小于0.1%~0.15%,钛还极易与碳形成脆性的碳化物,降低塑性和可焊性。
④ 熔点高,1608~1725℃,热容量大,导热性差,焊接接头容易过热,晶粒粗大,尤其是β钛合金,焊接接头塑性下降最明显,若为结构刚性大的工件,在焊接应力的作用下还会导致产生裂纹。
⑤ 钛在氢和残余应力作用下,可能出现冷裂纹,必须严格控制焊接接头中的氢含量。
钛一旦沾染铁离子,即变脆,这是促使钛材产生裂纹的重要原因之一。
钛材焊接变形较大,校正困难。
4. 提高焊接质量的工艺措施
① 采用手工钨极氩弧焊(TIG焊)或等离子焊,不宜用气焊、CO2气体保护焊和一般电弧焊。
实践证明,钨极氩弧焊是焊接钛的最好方法之一。
氩弧焊时采用直流正接极,工件背面用氩气保护,收效更好。
② 焊前必须彻底清除工件表面的氧化皮、油污及富集气体的金属层中,一般用机械法清理(最简单)。
先用丙酮去油污,用细砂布清除氧化皮,再用丙酮擦洗一次,禁止用打磨过碳钢的砂轮打磨钛材。
实践证明,一旦污染了钛,会影响焊接质量,打磨时不允许出现过热色泽。
③ 酸洗溶液配方及工艺。
A. 每升酸洗溶液中,硝酸55~60mL、氢氟酸5mL、盐酸350mL、余量为水;室温酸洗浸泡15~20min。
B. 质量分数为20%的氢氟酸、质量分数为30%的硫酸溶液,溶液温度25~30℃,酸洗5~10min。
酸洗后用热水、冷水冲洗干净,白布擦试、晾干,在4h内焊完。
环境十分重要,切实做到防铁污染、防尘、防湿,可取得良好效果。
④ 严格控制母材化学成分中的含碳量以及氢、氧、氮含量,C<0.1%,Ar≥99.99%,N<0.005%,O<0.002%,H<0.002%,杂质总含量<0.002%,相对湿度<5%,水分<0.001mg/L。
⑤ 焊接中,密切注意观察焊缝表面颜色,判别保护效果,这直接关系到焊缝质量 。
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