隨著溫度的上升,鈦及其合金吸收氫氣、氧氣和氮?dú)獾哪芰χ饾u上升。鈦從250℃開始吸氫,從400℃開始吸氧,從600℃開始吸氮。由于鈦合金同O2、N2、H2的親和力高,接頭中含有這些氣體時會使接頭變脆,降低鈦合金焊接接頭的沖擊性能、塑性和韌性。鈦合金中含有氫時會在熱影響區(qū)產(chǎn)生延遲裂紋。而當(dāng)焊縫中含氧、氮量較高時,焊縫或熱影響區(qū)在較大的焊接應(yīng)力作用下也會出現(xiàn)裂紋,該裂紋也屬于延遲裂紋。因此惰性氣體(或真空室)保護(hù)是非常必要的。由于使用真空室本錢較高,所以一般使用惰性氣體保護(hù)的方法。保護(hù)氣體主要有氦氣和氬氣,由于氦氣價格高于氬氣,一般來說,對不是特殊要求的鈦合金的焊接接頭和熱影響區(qū),使用高純氬氣進(jìn)行保護(hù)就可以防止氧化。
大多數(shù)鈦合金可以使用氧乙炔焊的方法進(jìn)行焊接,并且所有的鈦合金均可以使用固態(tài)焊接方法進(jìn)行焊接(如TIG、MIG、等離子弧焊、激光和電子束焊接)。事實(shí)上,鈦合金焊接接頭發(fā)生裂紋的傾向性要比玄色金屬(如鐵合金、鎳合金)小得多。盡管鈦合金具有如此良好的性質(zhì)和其他一些優(yōu)異的焊接特性,一些工程師們?nèi)匀灰詾殁伜辖鸬暮附邮窍喈?dāng)困難的,主要在于鈦合金焊接對于氣體保護(hù)的要求特別高,一般只有非常專業(yè)的職員才能保證氣體保護(hù)符合要求。實(shí)際上,很多焊接手段均可以用來焊接鈦合金。由于在焊接過程中引進(jìn)的空氣的N2、O2和含碳物質(zhì)使得鈦合金的熔化焊接頭變脆,因此待焊區(qū)一定要清理干凈并使用惰性氣體保護(hù)。焊接材料基本上也是根據(jù)被焊材料的特性進(jìn)行選取的。鈦合金的焊接性一般根據(jù)焊接接頭的延展性和強(qiáng)度來評價。
關(guān)于鈦合金的激光焊接目前的應(yīng)用趨勢是越來越廣泛,激光焊接的變形小,生產(chǎn)效率高,而且實(shí)現(xiàn)自動化的程度比電子束和TIG要高。同電子束焊接相比,激光焊不需要真空室等復(fù)雜的設(shè)備,所以激光焊接實(shí)用性更強(qiáng),而且激光焊可以以不同焊接狀態(tài)直接焊接。CO2激光由于功率大,使用25kW/h可以一次性焊透20mm厚的鈦板。Nd:YAG激光由于可以使用光纖進(jìn)行能量傳輸而使得YAG的焊接更具靈活性,但由于功率低而使得穿透深度受到限制。激光焊接時輕易產(chǎn)生飛濺,這樣就使得表面不清潔,在不能進(jìn)行焊后處理時一定要特別小心。
焊后檢查:對鈦合金焊接部位進(jìn)行目視檢查,主要是為了評估氣體保護(hù)的好壞。當(dāng)表面呈銀白色時,表示氣體保護(hù)非常好;而當(dāng)表面為淺黃色或深黃色,表示鈦合金受到稍微污染,但仍然還是可以接受的;表面為深藍(lán)色,表示污染比較嚴(yán)重,但由于使用工況的不同,有的可以使用;表面為淺藍(lán)色,污染嚴(yán)重,幾乎不可能使用;表面為灰藍(lán)色或灰色時,污染非常嚴(yán)重,不可使用;同樣表面為白色時,污染非常嚴(yán)重,不可用。
著色檢測的辦法:硬度測試和渦流檢測可以用來檢測接頭是否含雜質(zhì),由于含有雜質(zhì)時接頭性質(zhì)會發(fā)生改變,主要表現(xiàn)在含有雜質(zhì)時接頭的硬度和電阻率會明顯變高。便攜式手持硬度測試儀可以原位進(jìn)行測試焊接件的硬度。這一技術(shù)的應(yīng)用可以方便的檢測出焊接質(zhì)量的好壞。一般情況下,鈦合金出現(xiàn)焊接裂紋的情況比較少。然而,有時也會在焊縫或因含雜質(zhì)而產(chǎn)生裂紋。此時,缺陷可以通過著色檢查來發(fā)現(xiàn),同時此方法對疏松也有一定的效果。必須留意的是,在繼續(xù)進(jìn)行焊接前一定要將著色液清洗干凈。
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