有关工业纯钛的焊接分析思考

有关工业纯钛的焊接分

析思考

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有关工业纯钛T A2的焊接分析思考焊接工业纯钛TA2时，其表面颜色会随着温度的升高呈现出不同的变化，根据这些变化，可以确定在TA2焊接时的保护范围，本文利用钨氩弧焊来对TA2进行对接焊接实验，通过金相分析与力学性能检验来对其工艺参数进行确定，经过实验，在400℃时TA2表面颜色呈现出金黄色，需要在此温度时进行保护，样件的力学性能符合设计要求，说明参数可靠，可以用于指导生产。

工业纯钛基于其良好的化学性能与物理性能，在多个恶劣的环境中应用。目前钛制设备已经在石油化工、海洋工程等领域中得到了广泛地应用。工业纯钛焊接要求较高，稍有外界因素污染干扰，就可能会导致焊接质量受到严重影响。在钛设备制造中，焊接工艺是一项重要的工艺控制过程，采取合理的工艺参数将会对焊缝的质量起到重要的保证作用。本文通过对工业纯钛TA2的焊接实验来对焊接工艺进行分析。

TA2的物理特性与化学特性

纯钛的力学性能与其纯度有着直接的关系，间隙杂质含量增加，强度虽升高，但塑性将会大幅度降低。工业纯钛的切削加工难度较大，是因为它的摩擦系数较大，导热性低，热量集中于刀尖上，刀尖很快熔化。在常温下，钛的塑性要比其他的六方结构金属高很多。纯钛的强度随着温

度的升高而不断降低，当加热到250℃时抗拉强度将会减少到原来的一半。它的疲劳性能与钢类似，具有较为明显的物理疲劳极限，纯钛的反复弯曲疲劳极限为0.6-0.8Rm，其耐热性比铁要低一些，钛可以进行一些锻造、轧制、挤压等各压力状态下的加工，加热钢材用的设备可以用钛材，要求炉内有弱氧化性，不可使用氢气加热。钛的化学性能高，温度升高时，容易粘附刀具，造成粘结磨损。

TA2的焊接特点

在较高的温度下，钛与氢、碳等都有着较强的亲和力，氢在250℃的钛中溶解度可以达到33%以上。一旦氢在钛中溶解，将会造成气孔的现象，同时将会形成氢化钛，沿滑移面析出，增加了金属中的含氧量，使韧性急剧下降，有可能会造成裂纹的产生。间隙杂质在特殊的条件下也会引起焊缝的断裂。高温下的钛与碳将会生成碳化钛，导致焊缝塑性下降，造成一定的裂缝问题，如果保护不当，也将会吸收进杂质。为了确保钛的焊接质量可靠，在材料准备时要控制好杂质成分，及时清除污染物，在焊接过程中做好保护。

目前，钨极氩弧焊是钛与钛合金焊接最常用的焊接方法，也是连接薄板与打底焊最好的焊接方法之一，通过对焊接工艺参数的选择，可以实现良好的焊缝质量，但这种焊接方法效率较低，在焊缝中容易产生气孔问题或其他的焊接缺陷。钨极保护焊的脉冲频率对于钛合金的晶粒尺寸与

形态都有着一定的影响。等离子弧焊的焊接规范窄，其焊接稳定性与重复性差，在应用进程中受到了一定的影响。在进行等离子弧焊时需要利用先进的控制技术，不断提高自动化与控制精确化程度。另外焊接钛材还有真空电子束焊、激光焊、扩散焊与钎焊等，选用什么样的焊接方法，要根据实际情况而定。

焊接工艺实验

4.1实验准备

本次焊接实验选择母材为4mm厚的TA2板，焊丝采用直径为φ2.4mm的ERTA2，氩气的纯度为99.99%。选用钨极氩弧焊，焊接设备为时代WS-400型氩弧焊机。在实验中采用V形坡口。在焊接前，对工件的坡口表面进行机械清理、酸洗，再用清水冲洗干净，最后使用丙酮对工件及焊丝进行擦洗。

拟采用的焊接工艺参数如下表：

焊接电流

（A）

焊接电压

（V）

焊接速度

（㎝/min）焊丝直径

（㎜）

层间温度

（℃）

氩气流量（L/min）

焊枪

拖罩

背面保护罩

90-110

12-14

10-15

2.4

≤100

12-15

20-25

50-80

4.2焊接结果分析

由于TA2的熔点较高、热导率低，所以需要采用较小的焊接热输入，从而减少焊接热影响区。有资料显示，在没有经过任何保护的情况下，TA2在200℃～300℃时不变色，在400℃时，表面将会呈现出金黄色，在600℃时产生蓝色，而在800℃时将会变成深灰色。TA2的温度不断增高，表面颜色会随之发生一系列的变化，焊接接头的性能也会由于氧化物的残留而受到影响，所以在焊接时，需要进行惰性气体保护，以防止空气侵入到焊接区域中。

拟采用两组焊接工艺参数来对焊接质量进行验证分析，工艺参数的选取按照上表所示，焊接电流选95A，焊接电压选13V，焊接速度维持在12㎝/min。氩气的流量有所不同，第一组在喷嘴、正面与背面分别施以10L/min、10L/min、5L/min的流量进行施焊，而在第二组则对三个部位分别施以15L/min、20L/min、10L/min的流量进行施焊。

通过对两个焊接试样进行分析，采用第一组氩气流量保护的焊接试样表面呈现出蓝色，且表面氧化较为严重，还可以很明显地看到试样表面的裂纹；而采用第二组氩气流量保护的焊接试样的表面呈现出光亮银白色，肉眼也看不到有裂纹。再用探伤设备XXH-2505进行透照，X射线底片显示：采用第一组氩气流量保护的焊接试样中出现很多气孔及裂纹，按照JB/T4730.2-2005标准，评判为Ⅳ级。而第二组焊接试样则评判为Ⅱ级合格。分析认为评判为Ⅳ级的焊接试样主要是因为在施焊的过程中，氩气的保护流量不够，造成空气中氢、氮、氧侵入到焊接区域中，与钛形成了杂质混合物，在焊缝凝固时，气体没有及时的逸出，从而导致了焊接接头的脆化，产生了的气孔及裂纹。

通过对工业纯钛TA2的焊接实验，对焊接工艺过程进行分析，在高温焊接时，如果保护气体流量不够，将会对焊缝的质量造成很大的影响。为

了使惰性气体能够有效的保护焊接区域，需要提前送气，而在焊接完成后滞后停气，从而使钛在焊接的过程中得到充分的保护。通过采用合理的焊接工艺参数，确定好合适的保护气体流量，可以有效提高钛的焊接质量，从而得到优质的焊接接头，但是采用惰性气体保护的焊接方法也存在一定的缺陷，即在一些特殊的焊接结构中难以保护，比如一些大型的钛材结构件。相信在未来，随着科技的不断进步，一定会出现更加先进的焊接方法，比如细缝隙超激光焊的焊接方法，自动化与精密化控制更加先进，经济性与质量更高，能更好的促进我国现代工业的不断发展。