鈦合金的焊接工藝評定

姜玉慧　趙鋒

摘 要：鈦合金容器，主材選用TA2合金，鈦合金的最大優點是比強度大，綜合性能優越，又具有較好的耐腐蝕韌性、焊接性和一定的耐熱性，廣泛用于宇航、艦船、兵器及化工領域。為確定合理的焊接工藝，保證焊接接頭的理化性能完全滿足產品要求。

關鍵詞：鈦合金；焊接特性；焊接工藝

中圖分類號：TG457 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0110-02

Abstract： Titanium alloy vessel is mainly made of TA2 alloy. The biggest advantage of titanium alloy is its high specific strength， excellent comprehensive properties， good corrosion resistance， weldability and heat resistance. It is widely used in aerospace， ships， weapons and chemical industry， in order to determine a reasonable welding process and ensure that the physical and chemical properties of welded joints fully meet the product requirements.

Keywords： titanium alloy； welding characteristics； welding process

前言

為確定合理的焊接工藝，保證焊接接頭的理化性能完全滿足產品要求，需要對其工藝進行評定。

本次所做的焊接試驗是以牌號為TA2的工業純鈦進行研究，工業純鈦為不含合金元素的α鈦，不能通過熱處理強化，共有TA1、TA2和TA3三個牌號，他們之間的區別在于氧、氮、碳、氫等雜質的含量不同，按牌號尾數依次雜質增多，強度也依次增加，而塑形則依次下降。工業純鈦常溫強度較低，但塑形、韌性好，特別是低溫沖擊韌性很好，而且有優良的耐腐蝕性，很適用于工作在350℃以下強度要求不高的耐蝕場合。

1 材料性能分析

1.1 材料化學成分

TA2板材是根據GB/T 3621-2007S生產，退火條件供貨，其化學成分見表1。

1.2 材料的力學性能

通過力學性能試驗，TA2的常溫力學性能指標見表2。

1.3 材料的焊接特性

1.3.1 易受氣體等雜質污染而脆化

常溫下鈦比較穩定，與氧生產致密的氧化膜具有高的耐腐蝕性。但在540℃以上高溫生成的氧化膜則不致密，隨著溫度升高容易被空氣、水分、油脂等污染，吸收氧、氮、氫、碳等，降低焊接接頭的塑性和韌性。在融化狀態下尤其嚴重，因此，焊接時對熔池及溫度超過400℃的焊縫和熱影響區都需要加以妥善保護。

1.3.2 焊接接頭晶粒易粗化

由于鈦的熔點高、熱容量大、導熱性差，焊縫及近縫區容易產生晶粒長大，引起塑形和斷裂韌度降低。因此，焊接時對焊接熱輸入要嚴格控制，一般用小電流，快速焊。

1.3.3 焊縫有形成氣孔傾向

氣孔是較為常見的缺陷。形成的因素很多，也很復雜，防止焊縫氣孔的關鍵就是杜絕有害氣體的一切來源，防止焊接區被污染。

1.3.4 容易形成冷裂紋

防止焊接裂紋的措施，主要是避免氫的有害作用，減少和消除焊接應力。

2 焊接工藝試驗

2.1 焊材選用

按照化學成分匹配、強度匹配和等塑、等韌的原則，相關規范推薦，并綜合考慮其他因素后，焊絲選用？椎1.6的ERTA2ELI焊絲，其焊絲的化學成分見表3。

2.2 焊接工藝參數

選用的設備型號為松下YC-400TX電焊機，焊接過程中必須嚴格控制焊接熱輸入，焊接工藝參數為表4，同時道間溫度控制在80℃以下。

2.3 焊接操作要點

（1）焊前徹底清理母材和焊絲要表面的臟物、油污及拉絲潤滑劑等有可能成為焊縫污染源的雜質。

（2）在不影響視線和加焊絲的情況下，盡量降低噴嘴與工件的距離。

（3）正面保護工裝在不影響焊工操作的情況下，要盡量靠近焊槍，以保證高溫狀態下的焊縫金屬在氬氣的保護下以免被氧化。

（4）始終保證高溫焊縫金屬在氬氣的保護之下直到焊縫金屬溫度降到200℃以下。

（5）焊槍盡量不做橫向擺動或者需要擺動時，頻率要低，幅度要小，防止熔池脫離氬氣保護而被氧化。

3 試驗結果

試件焊接完成后，按照JB/T 4730-2005《承壓容器無損檢測》進行X射線探傷，結果表明此次焊接試件均為II級合格。根據NB/T 47016-2011進行力學性能檢測，其測試結果見表5-6。

通過上述測試結果與鈦2合金原標準要求進行對比，此次焊接試件的性能完全符合標準要求，焊接工藝評定合格。

4 結束語

（1）鈦合金焊接需要的保護氣體純度要求高，防氧化區域及防護溫度區間大，故保護工裝需要特殊設計。

（2）鈦合金焊接要嚴格控制熱輸入及道間溫度，防止氧化。

（3）鈦合金焊接過程嚴格控制后，焊接性能能夠保證產品的要求。

參考文獻：

[1]趙博，李國元，許廣興.鈦合金焊接技術在飛機制造中的應用和展望[J].航空制造技術，2013（16）.

[2]張仲國，張宇鵬，羅子藝，等.A-TIG焊技術的研究進展與應用[J].熱加工工藝，2013（05）.

[3]張磊先，杜靜，李文學.先進焊接技術在國內航空制造領域內的應用和發展概況[J].新技術新工藝，2012（10）.

[4]張永康.激光加工技術[M].化學工業出版社，2004.

[5]陳裕川.焊接工藝評定手冊[M].機械工業出版社，2000.

[6]李志遠，等.先進連接方法[M].機械工業出版社，2000.