鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能，在氧化性、中性及有氯離子介質(zhì)中，其耐腐蝕性優(yōu)于不銹鋼，有時甚至為普通奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的10倍。工業(yè)純鈦塑性好，但強度較低，具有良好的低溫性能，其線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率都不大，這都不會給焊接帶來困難。鈦合金的比強度大，又具有良好的韌性和焊接性，在航天工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。鈦及鈦合金在我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中按其退火態(tài)的組織分為α鈦合金、β鈦合金和α+β鈦合金三類，分別用TA、TB和TC表示。在石化行業(yè)中的壓力容器設(shè)備中，牌號為TA2這種工業(yè)純鈦使用為居多。
1. 鈦及鈦合金的焊接特點
① 雜質(zhì)元素的沾污引起脆化
鈦是一種活性元素，特別是在焊接高溫下非常容易吸收氮、氫、氧，從而使焊縫的硬度、強度增加，塑性、韌性降低，引起脆化。碳也會與鈦形成硬而脆的TiC，易引起裂紋。因此，鈦及鈦合金焊接時必須進行有效的保護，防止空氣或其他因素的污染。因此鈦及鈦合金焊接不能采用氣焊或焊條電弧焊方法進行，否則接頭滿足不了焊接質(zhì)量要求，一般只能采用氬氣保護或在真空下焊接。
② 焊接相變引起的接頭塑性下降
常用的工業(yè)純鈦為α合金，焊接時由于鈦導(dǎo)熱差、比熱小、高溫停留時間長、冷卻速度慢，易形成粗大結(jié)晶；若采用加速冷卻，又易產(chǎn)生針狀α組織，也會使塑性下降。
③ 產(chǎn)生焊接裂紋
鈦合金焊接時產(chǎn)生的焊接熱裂紋的幾率極小，只有當(dāng)焊絲或母材質(zhì)量不問題時才可能產(chǎn)生熱裂紋。由氫引起的冷裂紋是鈦合金焊接時應(yīng)注意防止的，焊接時熔池和低溫區(qū)母材中的氫向熱影響區(qū)擴散，引起熱影響區(qū)含氫量增加，造成熱影響區(qū)出現(xiàn)延遲裂紋。
④ 氣孔
鈦及鈦合金焊接時氣孔是最常見的焊接缺陷。焊絲或母材表面清理不干凈或氬氣不純都會造成氣孔產(chǎn)生，因此保護氣-氬氣純度要求在99.99％ 以上，焊絲及工件表面要酸洗、凈水沖洗后烘干。
2. 鈦及鈦合金的鎢極氬弧焊
鈦及鈦合金焊接時采用最多的就是鎢極氬弧焊，對于較厚的工件也可采用熔化極氬弧焊，對于技術(shù)要求嚴格的航天工業(yè)中一些重要設(shè)備經(jīng)常也采用真空電子束焊接。
① 焊絲的選用。焊絲的選用應(yīng)使在正常焊接工藝下的焊縫在焊后狀態(tài)的抗拉強度不低于母材退火狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度下限值，焊縫焊后狀態(tài)的塑性和耐蝕性能不低于退火狀態(tài)下的母材或與母材相當(dāng)，焊接性能良好，能滿足鈦容器制造和使用的要求。
焊絲中的氮、氧、碳、氫、鐵等雜質(zhì)元素的標(biāo)準(zhǔn)含量上限值應(yīng)大大低于母材中雜質(zhì)元素的標(biāo)準(zhǔn)含量上限值。不允許從所焊母材上裁條充當(dāng)焊絲，應(yīng)采用JB/T 4745-2002《鈦制焊接容器》中附錄D中的焊絲用作鈦容器用焊絲。雜質(zhì)元素含量不高于JB/T 4745-2002中附錄D的其他標(biāo)準(zhǔn)的焊絲也可使用。母材牌號與推薦所用焊絲牌號表列于表10-8中。
表10-8 鈦及鈦合金推薦焊材
母材牌號
TA0、TA1-A
TA1
TA2
TA3
TA9
TA10
推薦所用焊絲牌號
STA0R
STA1R
STA2R
STA3R
STA9R
STA10R
一般情況下可按表10-8根據(jù)所焊母材牌號來選擇相應(yīng)的焊絲牌號，并通過JB/T 4745-2002中附錄B的焊接工藝評定驗證。
不同牌號的鈦材相焊時，一般按耐蝕性能較好和強度級別較低的母材去選擇焊絲材料。
② 保護氣體的選用。焊接用氬氣純度不應(yīng)低于99.99％，露點不應(yīng)高于-50℃，且符合GB 4842-1984的規(guī)定。當(dāng)瓶裝氬氣的壓力低于0.5MPa時不宜使用。
③ 鎢極。鎢極氬弧焊時推薦采用鈰鎢電極。電極直徑應(yīng)根據(jù)焊接電流大小選擇，電極端部應(yīng)為圓錐形。
鈦及鈦合金氬弧焊時，最關(guān)鍵的是要將焊接高溫區(qū)與空氣隔離開，為了有效地進行保護，焊炬噴嘴、拖罩和背面保護裝置通以適量流量的氬氣是極其重要的。焊縫及近縫區(qū)顏色是衡量保護效果的標(biāo)志，銀白色、淺黃色表示保護效果好，深黃色為輕微氧化，一般情況下還是允許的，金紫色表示中度氧化，深藍色表示嚴重氧化，至于灰白色是絕對不允許的，表示焊縫已經(jīng)變質(zhì)，必須報廢重焊。
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