钛合金粉末等离子熔覆

钛和钛合金的突出优点是比强度高、中温性能和耐腐蚀性好。从 60 年代起 ,钛合金即开始用于飞机结构 ,到 80 年代 ,军用飞机的钛用量已占飞机结构重量的 20 %～25 % ,这种趋势还将继续发展。我国制造的军用飞机也已经采用了钛合金 ,钛合金焊接可能产生的缺陷及其预防亦日益受到重视。

1 　钛合金焊接常见缺陷的成因

钛有 2 种晶格结构: 882 ℃以下为密排六方晶格结构 ,称为α钛;882 ℃以上为体心立方晶格结构 ,称为β钛。

钛合金焊接的常见缺陷主要有 3 种: 焊接接头脆化;焊接接头裂纹;焊接接头中的气孔。

111 　气体等杂质污染引起的焊接接头脆化

常温下 ,钛及钛合金是比较稳定的。随着温度的升高 ,钛及钛合金吸收氧、氮及氢的量明显增加 ,钛从250 ℃开始吸收氢 ,从 400 ℃开始吸收氧 ,从 600℃开始吸收氮。

氧在α钛中的最大溶解度为 14 . 5 % (原子) ,在β 钛中为 1 . 8 % (原子) ; 氮则分别为 7 %和 2 % ( 原子) 。氮和氧固溶于钛中 ,使钛晶格畸变,变形抗力提高 ,强度和硬度增加 ,塑性和韧性降低。

钛焊缝的含氢量对焊缝冲击性能的影响最为显著。其原因主要是随着焊缝含氢量的增加 ,焊缝中析出的片状或针状 Ti H2 增多。Ti H2 的强度很低 ,故片状或针状Ti H2的作用像微型缺口一样 ,大大降低了焊接接头的冲击性能。

112 　焊接接头裂纹

钛及钛合金对热裂纹不敏感 ,这主要是因为钛及钛合金含硫、磷杂质少,晶界很少生成低熔点共晶。另一个原因是钛及钛合金凝固时收缩量小。钛合金焊接接头的裂纹主要是出现在热影响区的延迟裂纹,这与氢有关。焊接时由于熔池和低温区母材中的氢向热影响区扩散 ,引起热影响区氢含量增加 ,如果这个部位处于不利的应力状态 ,就会引起裂纹。

另外 ,当焊缝含氧、氮量较高时 ,焊缝或热影响区塑性降低 ,性能变脆 ,在较大的焊接应力作用下也会出现裂纹 ,这种裂纹在较低温度下形成 ,属于延迟裂纹。

113 　气孔

气孔是钛合金焊接时最常见的焊接缺陷。焊接气孔主要是由于焊接区 ,特别是对接端面被水分、油脂等沾污引起的。

试验结果表明 ,氩气及母材、焊丝中含氢、氧或水量提高都会明显使焊缝的气孔增加。

其次 ,钛板及焊丝表面常受到外部杂质的污染 ,这包括水分、油脂、氧化物(钛及钛合金表层的氧化物常带有结晶水) 、含碳物质、尘埃、砂粒、磨料质点(表面用砂轮磨削或用砂纸打磨后的残余物) 、有机纤维、脏指印及吸附的气体等。这些杂质对钛及钛合金气孔的生成都有一定的影响 ,对接端面处的表面杂质污染对气孔形成的影响更为显著。

2 　缺陷的预防

由于钛和钛合金具有前述特点 ,其焊接工艺是有 特殊要求的。气焊与通用手工电弧焊由于难以预防气体等杂质污染引起的脆化 ,不能保证焊接质量 ,所以通常需要采用多功能精密冷焊机。应当注意的是 ,由于钛和钛合金焊接有特殊要求 ,所以对氩气的纯度要求也是很高的。

通过试验和分析 ,我们认为 ,为保证焊接质量 ,必须做到以下各点:

(1) 母材及焊丝中的杂质含量必须在技术条件允许的范围内。

(2) 用纯度不低于 99199 %的氩气作保护气体。

(3) 焊前应认真处理工件焊接区和焊丝。焊丝不允许有裂纹、夹层 ,临焊前应进行机械清理。

(4) 加强保护措施 ,对处于 400 ℃以上的熔池后部焊缝及热影响区 ,必要时可采用拖罩进行氩气保护 ,焊缝背面也应尽可能采取相应的保护措施。

(5 ) 选择正确的焊接工艺参数。在大气中进行TI G 焊时 ,可采用直流正接法 ,选择低的热输入量以减小熔池尺寸 ,选择较低的焊接速度以利于减少或消除气孔。