鈦合金焊接
關注創建者：安陽安達機械設備有限公司 創建時間：2018-06-21
鈦合金焊接的視頻教程
航空制造中的切削溫度與殘余應力控制：高溫合金與鈦合金加工
隨著我國航空航天等技術密集型產業飛速發展，各種超耐熱、耐磨損、耐腐蝕合金等難切削材料的精密制造需求日益突出。高溫合金如 GH4169 及鈦合金作為航空航天領域關鍵結構材料，其加工過程面臨切削溫度高、刀具磨損快、表面質量控制難等共性問題。GH4169 鎳基高溫合金和鈦合金均屬于典型難加工材料。工程實踐表明，零部件疲勞破壞多起源于表面或近表面區域，加工表面完整性已成為評價制造質量的核心指標。
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鈦合金焊接的實例教程
焊接接頭裂紋問題
鈦及鈦合金焊接時，焊接接頭產生熱裂紋的可能性很小，這是因為鈦及鈦合金中S、P、C等雜質含量很少，由S、P形成的低熔點共晶不易出現在晶界上，加之有效結晶溫度區間窄小，鈦及鈦合金凝固時收縮量小，焊縫金屬不會產生熱裂紋。
鈦及鈦合金焊按時，熱影響區可出現冷裂紋，其特征是裂紋產生在焊后數小時甚至更長時間稱作延遲裂紋。經研究表明這種裂紋與焊接過程中氫的擴散有關。焊接過程中氫由高溫熔池向較低溫的熱影響區擴散，氫含量的提高使該區析出TiH2量增加，增大熱影響區脆性，另外由于氫化物析出時體積膨脹引起較大的組織應力，再加上氫原子向該區的高應力部位擴散及聚集，以致形成裂紋。防止這種延遲裂紋產生的辦法，主要是減少焊接接頭氫的來源。
3.焊縫中的氣孔問題
鈦及鈦合金焊接時，氣孔是經常碰到的問題。形成氣孔的根本原因是由于氫影響的結果。焊縫金屬形成氣孔主要影響到接頭的疲勞強度。
防止產生氣孔的工藝措施主要有：
（1）、保護氖氣要純，純度應不低于99.99%
（2）、徹底清除焊件表面、焊絲表面上的氧化皮油污等有機物。
（3）、對熔池施以良好的氣體保護，控制好氬氣的流量及流速，防止產生紊流現象，影響保護效果。
（4）、正確選擇焊接工藝參數，增加深池停留時間使用權于氣泡逸出，可有效地減少氣孔。
三、鈦板手工鎢板氬弧焊焊接試驗
鈦及鈦合金焊接生產中應用最多是鎢極氬弧焊，真空充氬焊接方法應用也很普遍。氬弧焊的電弧在氬氣流的保護與冷卻作用下，電弧熱量較為集中，電流密度高，熱影響區小，焊接質量較高。
1.鈦及鈦合金焊接時，當溫度高于500℃~700℃時，很容易吸收空氣中的氣、氫和氮，嚴重影響焊接質量。
展開 本文說盡闡述了鈦及鈦合金的材料特點及焊接性、并針對鈦及鈦合金焊接中易產生氧化、裂紋、氣孔籌焊接缺陷，進行了焊接性試驗。能過對鈦及鈦合金焊接工藝規范的不斷摸索，以及對試驗過程出現的問題的合理分析，總結出鈦及鈦合金焊接工藝特點及操作要領。
一、鈦及鈦的分類及特點
國產工業純鈦有TA1、TA2、TA3三種，其區別在于含氫氧氮雜質的含量不同，這些雜質使工業純鈦強化，但是塑性顯著降低。工業純鈦盡管強度不高，但塑性及韌性優良，尤其是具有良好的低溫沖擊韌性；同時具有良好的抗腐蝕性能。所以，這種材料多用于化學工業、石油工業等，實際上多用于350℃以下的工作條件。
根據鈦合金退火狀態的室溫組織，可將鈦合金分為三種類型：
α型鈦合金、(α+β)型鈦合金及β型鈦合金。
α型鈦合金中，應用較多的是TA4、TA5、TA6型的Ti-AI系合金和TA7、TA8型的Ti+AI+Sn合金。這種合金室溫下，其強度可達到931N/mm2，而且在高溫下（500℃以下）性能穩定，可焊性良好。
β型鈦合金在我國的應用量較少，其使用范圍有待進一步擴大。
二、鈦及鈦合金的焊接性
鈦及鈦合金的焊接性能，具有許多顯著特點，這些焊接特點是由于鈦及鈦合金的物理化學性能決定的。
1.氣體及雜質污染對焊接性能的影響
在常溫下，鈦及鈦合金是比較穩定的。但試驗表時，在焊接過程中，液態熔滴和熔池金屬具有強烈吸收氫、氧、氮的作用，而且在固態下，這些氣體已與其發生作用。隨著溫度的升高，鈦及鈦合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升，大約在250℃左右開始吸收氫，從400℃開始吸收氧，從600℃開始吸收氮，這些氣體被吸收后，將會直接引起焊接接頭脆化，是影響焊接質量的極為重要的因素。
展開 鈦合金焊接應用
鈦合金K TIG深熔氬弧焊接的材料范圍在3毫米和16毫米之間。在此厚度范圍內，1G和2G位置均可實現完全穿透式對接焊接，單道次焊接，以及鈦合金縱縫和環縫焊接，鈦合金壓力容器，管道和罐體非常適合應用這一工藝。熔深是K TIG深熔氬弧焊對焊接生產率產生巨大影響的關鍵，實現全焊透而不需要邊緣坡口的能力可節省大量時間和資源，降低成本并增加利潤。相比之下，傳統的TIG焊接工藝需要復雜的V型或J型槽制備工藝，其中在槽制備過程中將金屬母材去除再填充昂貴的焊絲，并且為了確保一致性，必須由昂貴的機器制備。
由于傳統鎢極氬弧焊熔深局限性，在焊接鈦合金中厚板時需要多層多道施焊，不僅消耗大量的昂貴焊絲和保護氣體，焊接效率也非常低。
鈦合金因焊接時很容易扭曲而聞名，K TIG深熔氬弧焊一次完全穿透材料的焊接能力意味著收縮和變形顯著減少，這對于管道焊接尤其有益。
K TIG深熔氬弧焊是自動焊接工藝， 自動化的要求非常簡單：穩定一致的行駛速度和堅固的操作架。 K TIG深熔氬弧焊系統可以與客戶現有設備如操作機，滾輪架，變位機，拼板機以及機器人進行整合，節省投資成本
在鈦合金焊接中使用這種工藝的其他好處包括：
組對準備和設置，在生產制造環境中很難實現對接零間隙和錯邊。K TIG深熔氬弧焊有能力在板厚15%的錯邊和間隙的情況下維持穩定的熔池，這是其他小孔焊接工藝（例如等離子弧焊接和激光焊接）無法比擬的。
清洗， K-TIG的清洗要求是氬弧焊接的典型要求。 在鈦合金中，吹掃氣體對于確保清潔根部焊道是必需的， 當用K-TIG焊接鈦合金時，我們建議用100％氬氣吹掃。
保護氣體， 用深熔氬弧焊對鈦合金進行焊接的首選保護氣體用100％氬氣焊接。
耗材，比如焊絲和氣體。
展開 摘要:
采用普通退火、去應力退火、雙重退火3種焊后熱處理工藝對TC18鈦合金電子束焊接接頭進行焊后熱處理，分別檢測母材、接頭的拉伸、沖擊等力學性能。試驗結果表明，采用雙重熱處理工藝的TC18母材與電子束焊接接頭，具有較好的抗拉強度、屈服強度、沖擊韌度。
一、前言
TC18是高合金化的α＋β相鈦合金，退火狀態下的組織中具有數量大致相等的α相和β相，是退火狀態下強度最高的鈦合金之一。特別適用于制造飛機機身框、梁、起落架結構，是飛機特殊承力部件的優選結構材料。
通常這些特殊承力部件采用較為先進的電子束焊接技術進行連接，但是電子束焊接同樣是一個復雜的熱物理化學冶金過程，會造成焊接接頭部位材料組織和力學組織性能的不均勻性。
為充分發揮TC18鈦合金電子束焊接結構件的潛在優越性，需要對電子束焊接接頭進行焊后處理。已有的研究表明，焊后熱處理會對焊接接頭的力學性能產生顯著影響。
本文將分別采用3種焊后熱處理工藝對TC18電子束焊接接頭進行處理，檢測其拉伸力學性能、沖擊韌度、疲勞壽命，對比分析不同熱處理工藝對TC18電子束焊接接頭力學性能的影響，這對大規模生產選擇能夠提高TC18電子束焊接接頭力學性能的焊后熱處理工藝提供借鑒參考。
二、試驗材料及試驗方法
2.1 試驗材料
TC18鈦合金是一種新型材料，其成分為Ti－5Al－5Mo－5V－1Cr－1Fe，本試驗中TC18鈦合金供貨狀態為雙重退火處理。從模鍛件上線切割切取200mm×200mm×20mm的焊接試板，進行表面加工，使焊接部位的粗糙度Ra=3．2μm。
展開 我“鈦”難了！鈦到底怎么焊接？
鈦：鈦合金具有密度低、比強度高、耐蝕性好、導熱率低、無毒無磁、可焊接；廣泛應用于航空、航天、化工、石油、電力、醫療、建筑、體育用品等領域。
鈦及鈦合金常用的焊接方式有：氬弧焊、埋弧焊、真空電子束焊等。
焊前準備
焊件和鈦焊絲表面質量對焊接接頭的力學性能有很大影響因此必須嚴格清理。
1）機械清理對焊接質量要求不高或酸洗有困難的焊件，可用細砂紙或不銹鋼絲刷擦拭，但最好是用硬質合金黃色刮削鈦板，去除氧化膜。
2）化學清理：焊前可先對試件及焊絲進行酸洗，酸洗液可用HF（5%）+HNO3（35%）的水熔液。酸洗后用凈水沖洗，烘干后立即施焊。或者用丙酮、乙醇、四氯化碳、甲醇等擦拭鈦板坡口及其兩側（各50mm內）、焊絲表面、工夾具與鈦板接觸的部分。
3）焊接設備的選擇：鈦及鈦合金鎢板氬弧焊應選用具有外特性、高頻引弧的直流氬弧焊電源，且延遲遞氣時間不少于15秒，避免焊件遭受到氧化、污染。
4）焊接材料的選擇：氬氣純度應不低于99.99%，露點在-40℃以下，雜質總的質量分數為0.001%。當氬氣瓶中的壓力降至0.981MPa時，應停止使用，以防止影響焊接接頭質量。
5）氣體保護及焊接溫度：鈦管接頭在焊接時，為了防止焊接接頭在高溫下被有害氣體及元素污染，必須對焊區及焊縫進行必要的焊接保護與溫度控制，而且應該用專用的保護拖罩進行全方位的保護，而且其溫度應在250℃以下。
2）操作要領
3）1、手工氬弧焊時，焊絲與焊件間應盡量保持最小的夾角（10~15°）。焊絲沿著熔池前端平穩、均勻的送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護區。
2、焊接時，焊q基本不做橫向擺動，當需要擺動時，頻率要低，擺動幅度也不宜太大，以防止影響氬氣的保護。
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文章來源：鈦應用平臺
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$ UNITS: micrometer, kilograms and seconds
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$# soln nlq isnan lcint
基于ABAQUS二維鈦合金切削仿真
(in Chinese)
［12］王向明,劉文珽,王忠波.鈦合金焊接件疲勞特性評估的當量KT法[J].北京航空航天大學學報,2002,28(1):102-104.
