鈦合金焊接加工_鈦藍 & 鈦合金切削刀具

鈦合金如何進行焊接?  有那些需要注意的地方?
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。其中氣體及雜質污染對焊接性能的影響 .
目前針對TC4鈦合金，多采用氬弧焊或等離子弧焊進行焊接加工，但該兩種方法均需填充焊接材料，由于保護氣氛、純度及效果的限制，帶來接頭含氧量增加，強度下降，且焊后變形較大。采用電子束焊接和激光束焊接，研究了TC4鈦合金的焊接工藝性，實現該種材料的精密焊接。
(1) 焊縫氣孔傾向。焊縫中的氣孔是焊接鈦合金最普遍的缺陷，存在于被焊金屬電弧區中的氫和氧是產生氣孔的主要原因。TC4鈦合金電子束焊接，其焊縫中氣孔缺陷很少。為此，著重就激光焊接焊縫中形成氣孔的工藝因素進行研究。
由試驗結果可以看出，激光焊接時焊縫中的氣孔與焊縫線能量有較密切關系，若焊接線能量適中，焊縫內只有極少量氣孔、甚至無氣孔，線能量過大或過小均會導致焊縫中出現嚴重的氣孔缺陷。此外，焊縫中是否有氣孔缺陷還與焊件壁厚有一定關系，比較試樣試驗結果可看出，隨著焊接壁厚的增加，焊縫中出現氣孔的概率增加。
(2) 焊縫內部質量。利用平板對接試樣，采用電子束焊接和激光焊接來考察焊縫內部質量，經理化檢測，焊縫內部質量經X射線探傷，達GB3233-87 II級要求，焊縫表面和內部均無裂紋出現，焊縫外觀成型良好，色澤正常。
(3) 焊深及其波動情況。鈦合金作為工程構件使用，對焊深有一定要求，否則不能滿足構件強度要求；而且要實現精密焊接，必須對焊深波動加以控制。為此，采用電子束焊接和激光焊接方法分別焊接了兩對對接試環，焊后對試環進行了縱向及橫向解剖，來考察焊深及焊深波動情況，結果表明，電子束焊接焊縫平均焊深可達2.70mm以上，焊深波動幅度為-5.2~+6.0%，不超過±10%；激光焊接焊縫平均焊深約為2.70mm，焊深波動幅度為- 3.8~+5.9%，不超過±10%。
(4) 接頭變形分析。利用對接試環來考察接頭焊接變形，檢測了對接試環的徑向及軸向變形，結果表明，電子束焊接和激光焊接的變形都很小。電子束焊接的徑向收縮變形量為f 0.05~f 0.09mm，軸向收縮量為0.06~0.14mm；激光焊接的徑向收縮變形量為f 0.03~f 0.10mm，軸向收縮變形量為0.02~0.03mm。
(5) 焊縫組織分析。經理化檢測，焊縫組織為a+b，組織形態為柱狀晶+等軸晶，有少量的板條馬氏體出現，晶粒度與基體接近，熱影響區較窄，組織形態和特征較為理想。
經研究可得出：對于TC4鈦合金，無論是激光焊接還是電子束焊接，只要工藝參數匹配合理，均可使焊縫內部質量達到國標GB3233-87Ⅱ級焊縫要求，實現TC4鈦合金的精密焊接；焊縫外觀成形良好，色澤正常；焊縫余高很小，無咬邊、凹陷、表面裂紋等缺陷產生。

    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。   
    （1）氫的影響  氫是氣體雜質中對鈦的機械性能影響最嚴重的因素。焊縫含氫量變化對焊縫沖擊性能影響最為顯著，其主要原因是隨縫含氫彈量增加，焊縫中析出的片狀或針狀TiH2增多。TiH2強度很低，故片狀或針狀衛HiH2的作用例以缺口，合沖擊性能顯著降低；焊縫含氫量變化對強度的提高及塑性的降低的作用不很時顯。  
    （2）氧的影響  氧在鈦的α相和β想中都有有較高的熔解度，并能形成間隙固深相，使用權鈦的晶傷口嚴重扭曲，從而提高鈦及鈦合金的硬度和強度，使塑性卻顯著降低。為了保證焊接接應的性能，除了在焊接過程中嚴防焊縫及焊按熱影響區發主氧化外，同時還應限制基本金屬及焊絲中的含氧量。  
    （3）氮的影響  在700℃以上的高溫下，氮和鈦發生劇作用，形成脆硬的氮化鈦（riN）而且氮與鈦形成間隙固溶體時所引起的晶格歪挪程度，比是量的氧引起的后果更為嚴重，因此，氮對提高工業純鈦焊縫的抗拉強度、硬度，降低焊縫的塑性性能比氧更為顯著。  
    （4）碳的影響  碳也是鈦及鈦合金中常見的雜質，實驗表明，當碳含量為0.13%時，碳因深在α鈦中，焊縫強度極限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用強烈。但是當進一步提高焊縫含碳量時，焊縫卻出現網狀TiC，其數量隨碳含量增高而增多，使焊縫塑性急劇下降，在焊接應力作用下易出現裂紋。因此，鈦及鈦合金母材的含碳量不大于0.1%，焊縫含碳量不超過母材含碳量。