钛材焊接中出现缺陷如何防止的初探

钛材焊接中出现缺陷如何防止的初探

康志东李小会

荆门技师学院，湖北荆门448000

一、前言

钛及钛合金在我国石油、化工、航空、造船等工业方面，应用日益广泛。因钛及钛合金具有在酸、碱、盐等介质中抗腐蚀的优良性能。但是在焊接、生产上也带来了许多新的问题，其中较为普遍的，而又十分严重的就是焊接裂纹、气孔等。

二、母材分析

材质为-M，板厚δ＝3.0mm.机械性能：6b＝48—55kg/mm²，δ＝28—52%

冷弯角α＝127°—155°

杂质含量;Fé<0.13%Si<0.04%C<0.01%

N<0.02%H<0.002%O<0.015%

三、钛材的焊接特点

钛材焊接过程中最主要的是焊缝的污染和热影响问题。焊缝只要受到小量的有害杂质污染，就会严重影响焊接质量。这是因为从熔融状态到凝固状态过程中，钛会吸收空气中的氧、氮、氢等气体，这些气体那怕是侵入极少量，也会使焊缝变脆。

另外钛的导热系数小，熔点较高，焊接时易出现热量集中和在高温下停留时间长。导致金属钛过热，使熔合区晶粒粗大，因而降低了焊接接头的综合机械性能。

为了防止裂纹、气孔等缺陷，所以对于钛的焊接，必须做好对钛焊件的清理和在焊接过程中进行惰性气体保护。还必须选择一个合理的焊接规范和良好的散热装置。

四、钛塔盘对接的施焊

钛塔盘φ2300x3,δ＝3mm，可以采用手工钨极氢弧焊焊接。

电源采用NSA4——300型直流氩弧焊机，电源极性为直流正接。

1.焊前准备

①δ＝3mm板，采用剪切下料，不开坡口。

②焊丝及焊件用酸洗，除去氧化以及吸气层。

③正式使焊前再用丙酮进行清洗。

④表面清洗完毕的工件压在背面保护槽上，严禁用铁器敲打焊口，装夹过程中的操作人员应戴清洁手套不能触摸焊口及焊口附近。工件装好后还必须对焊口进行一次检查和清洗。确认无油污、棉沙毛、赃物、指印等后，才可进行施焊。

2.焊接材料

氩气：氩气纯度应≥99.99%。

焊丝：—M，φ2.5mm.

3.点固装配

对接焊缝的点固间隙取2.5—3.2mm，间隙太小会引起气孔，点固焊点应适当增加，以减小变形。

4.焊接区的保护

钛的化学活泼性很高，在高温下极易被空气中的氧、氮、氢污染而脆化，此时，保护好焊缝就是至关重要的问题，这样才能获得综合机械性能良好的接头。

焊接区的保护部位包括熔池区，温度>400℃的正面和背面热影响区。

熔池的保护是采用大喷咀氢弧焊枪。见图一

温度>400℃的正面焊缝是在焊枪后面加拖罩来实现。见图二

温度>400℃的背面焊缝是采用背面保护垫板（见图三）来实现的，采用铜护垫板是为了加速钛板的散热。

形状复杂的焊缝，也应根据具体情况做不同形状的保护罩，保护相应位置。

由于钛材导热系数小焊后变形大，故应将应焊接拼板压紧在背面保护垫上，以减小变形。

5.焊接工艺参数

焊接工件：—M，δ＝3mm板状对接

焊接方法：手工钨极氩弧焊

焊接形式：板状对接接头不开破口

焊接电机：NSA—300型氩弧焊机

电源极性：直流正接

焊接电流：78—82A

钨极直径：φ2.5mm

焊接层次：正、反各一层

焊丝：—Mφ2.5mm

主喷嘴：φ14mm

氩气流量：主喷嘴10—12升/分

拖罩8—10升/分

背面垫板3—5升/分

6.焊接操作

操作要点是正、背各区保护好的前提下，焊枪在工件上均匀移动，填加焊丝均匀。焊枪不作摆动。焊丝末端不得移出保护区，要在引弧板上引弧，尽量一次焊完一条焊缝，断弧后要继续通气保护直到焊缝金属温度降至400℃以下，喷嘴离焊件的距离尽量小些。待正面焊缝冷却到室温再焊反面焊缝，并且应是在焊道和热影响区均无氧化的情况下进行，焊丝与工件间夹角尽量保持最小夹角10-15°。

7.焊缝的修补

当焊缝表面有气孔，未熔合，未焊透，未填满等缺陷时，需要修补。若修补处没有氧化现象，可直接进行再熔烧和填充焊丝补焊，若修补处有氧化现象，则应去除所有氧化层后，再行补焊。

当焊缝出现裂纹、夹渣，焊接时造成的严重氧化等，则应将这些氧化的金属彻底铲除，并按焊接要求彻底清理，然后方可补焊。

五、焊缝检验

1.外观检查：通过外观检查可发现的缺陷有，表面气孔、夹渣、烧穿、未焊透、咬边、裂纹等及焊缝表面颜色，检查是用放大镜沿焊缝及两侧20mm宽范围内进行。

根据焊缝的表面颜色，可以判断其焊接质量。

2.机械性能检查

按照工艺要求，先将焊板作机械性能试验：

焊接试件的6s＝39-41kg/mm²、6b＝48-50kg/mm²，且断于热影响以外的母材，冷弯角a＝85°-90°，完全满足设计要求。

通过钛塔盘的焊接，事实证明焊接是成功的，已投入生产。也使我初步掌握了钛材焊接的特点，进一步认识到采用正确焊接工艺，焊接规范和清理工作，能有效的防止裂纹、气孔等各种缺陷的出现。较顺利地完成了任务。