一、影響鈦材焊接質(zhì)量的因素

1.氣體雜質(zhì)對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。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，鈦的活性就會急劇增加并與氧發(fā)生激烈反應(yīng)而生成鈦的氧化物。鈦在300℃以上開始吸氫，在700℃以上開始吸氮。氧和氮對鈦污染的結(jié)果是使鈦強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。

熔化焊接過程中，熔池像一個小冶金爐，熔融金屬暴露在大氣中。如果不采取相應(yīng)的防護措施使熔融的金屬鈦與空氣隔絕，則氧、氮、氫等氣體元素就會熔入鈦中，形成脆性氧化物或氮化物，致使焊縫金屬的塑性急劇降低，拉伸強度提高，嚴重的情況下將發(fā)生脆斷，塑性等于零。

2.其他雜質(zhì)對焊縫金屬性能的影響

其他雜質(zhì)是指除氣體雜質(zhì)外，可能熔入熔池的雜質(zhì)。其來源可能是焊接操作環(huán)境不清潔、戴臟手套觸摸鈦焊件遺留下油污、焊接前用棉紗擦洗接頭、坡口可能留下的棉絮、焊接生產(chǎn)環(huán)境與鋼鐵焊接生產(chǎn)混合可能產(chǎn)生的鐵銹、水分和其他一些有機物等。這些污染物在電弧高溫作用下分解出氧、氫、氮、碳等元素，然后溶于熔融的鈦中。當(dāng)這些元素的量超過在鈦中的溶解度時，便形成相應(yīng)的化合物（TiO2 TiH2 TiN TiC)。這些化合物隨著熔池結(jié)晶而進入鈦的晶格中，致使鈦的晶格畸變、歪曲，從而改變了鈦的力學(xué)性能。

有些微量元素少量溶入鈦中，如果其量不超過允許的范圍是可以的，有時也是我們所希望的。但超量的雜質(zhì)元素含量是不允許的，特別是有機物雜質(zhì)，有百害而無一利，這是因為這些雜質(zhì)元素除使鈦焊接的力學(xué)性能變差，降低而腐蝕性外，還是焊縫中產(chǎn)生氣孔的根源。

3、焊接金屬和接頭熱影響區(qū)的組織變化

鈦是有同素異形體轉(zhuǎn)變的金屬。在882.5℃開始發(fā)生組織的固態(tài)轉(zhuǎn)變。882.5℃以下晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，稱為α鈦；在高于882.5℃時，α結(jié)構(gòu)的鈦轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)的β鈦。這個轉(zhuǎn)變過程是熔池由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的“瞬間”完成的。而這個“瞬間”長短差異仍對熔池的結(jié)晶形式有影響，“瞬間”越長越有利于柱狀晶生長。由于鈦具有熔點高（1668℃），熱容量大和導(dǎo)熱差等特性，所以焊接時焊縫受到焊接線能量大小和焊縫強制冷卻的好壞影響，焊縫處于高溫下滯留的“瞬間”就有差異。“瞬間”稍長給熔池結(jié)晶的柱狀晶長大和接頭熱影響加寬提供了條件。這也是焊接接頭塑性下降的重要原因之一。接頭的拉伸強度斷口往往發(fā)生在焊縫熱影響區(qū)。為了降低這一不良影響，鈦焊接時盡量采用較軟的焊接規(guī)范，即用較小的焊接線能量和較快的冷卻速度。

4、氣孔是鈦焊縫中常見和較難避免的缺陷

氣孔生成的機制是焊接過程中溶入液態(tài)金屬中的氣體經(jīng)過擴散、脫溶、成核、長大等過程而形成氣泡。由于熔池的凝固結(jié)晶速度很快，長大的氣泡來不及逸出液態(tài)金屬時就以氣孔的形式殘留在固態(tài)金屬中。釀成氣孔的氫氣和CO等氣體主要源自有機物的污染物，經(jīng)電弧熱作用所產(chǎn)生的。有時焊接前對焊件和焊材做了充分的清潔、清洗，氬氣保護的效果也理想，但焊縫中仍然有氣孔。鈦材專家的實踐經(jīng)驗表明，空氣中的水分對焊接影響很大。在實驗中，相對濕度小于40%的焊接環(huán)境下，焊縫基本沒有發(fā)現(xiàn)；在相對濕度大于90%以上的環(huán)境中，焊縫中存在的氣泡既多又大。充分說明空氣的濕度大小是氣孔產(chǎn)生的重要原因之一。

二、鈦材的焊接方法

1、手工鎢極氬弧焊

鎢極氬弧焊非熔化極電弧焊，是利用鎢極與被焊工件之間產(chǎn)生的電弧熱熔化被焊件的接縫并使焊件熔在一起，焊接過程中可以填加焊絲也可以不加焊絲，且鎢極、熔池、焊縫的近縫區(qū)以及填加焊絲的熔化端都應(yīng)處于氬氣的保護中。

施焊一般采用非接觸式的高頻引弧，弧長控制在1.0～1.5倍電極直徑。角焊縫時弧長可稍長，焊嘴向后（反焊接方向）傾斜75度。焊接電流是電弧焊的最重要技術(shù)參數(shù)，它對焊縫熔深、焊速、熔敷金屬量以及焊縫質(zhì)量有直接的影響。鎢極氬弧焊焊鈦常用正接法的焊接電源，即正極連接焊件，負極連接焊把。正接法電弧所產(chǎn)生的熱能30%集中在鎢極上，而70%的熱能集中在被焊件上，所以相對反接法而言，熔深較深。電弧自開始引弧到熄弧必須與氬氣供給和停氣的時刻相匹配，即電弧引弧前提前供氣，而電弧熄弧后氬氣必須滯后停氣。

2、保護氣體

保護氣體從焊嘴噴出覆蓋了整個鎢極長度和電弧熔化的熔池區(qū)免受空氣污染。常用的氣體是惰性氣體氬或氦。氬氣的導(dǎo)熱系數(shù)小，在電弧作用下不發(fā)生分解吸熱，所以氬氣的熱損耗較少，電弧電壓較低，約為8～15V。保護效果好壞除保護氣體的純度（大于99.98%)很重要外，還與焊嘴幾何尺寸設(shè)計有關(guān)，即能保證由焊嘴噴出的氬氣流為層流而不能是紊流。一般情況下，焊嘴高度為噴口直徑的1.5倍。

三、鎢極氬弧焊焊接工藝

1、接頭與坡口

在鈦材焊接中，各種接頭形式都有，如對接，搭接，角接，管板焊接等。板厚一般為1.0～10mm，還有不同厚度板材相接。接頭與坡口對獲得優(yōu)質(zhì)焊縫是很重要的。

2、焊前清理

鈦材焊件以及焊絲（填充絲）很容易被污染，如鈦材生產(chǎn)過程用的潤滑劑殘留以及氧化膜、油污、油漆、涂層、手印等。如果這些污染物不在焊接前清除掉，將會在焊接時與電弧熱作用分解出有害雜質(zhì)溶于焊縫金屬中，對焊縫質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。

3、鈦材手工鎢極氬弧焊焊接規(guī)范

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