钛及钛合金焊接中气体与杂质对其性能的影响
关于焊接技术
钛及钛合金以其独特的物理和化学性质,在航空航天、化工、医疗等领域得到了广泛的应用。然而,这些材料在焊接过程中却面临着诸多挑战,其中气体和杂质的影响尤为显著。本文将从气体和杂质的角度,探讨它们对钛及钛合金焊接性能的影响。
1、气体对焊接性能的影响
在焊接过程中,气体对钛及钛合金的影响不容忽视。氢、氧和氮是焊接过程中常见的气体元素,它们对焊缝的质量和性能有着直接的影响。
首先,氢是影响钛机械性能的关键因素。焊接过程中,氢会进入焊缝金属中,形成片状或针状的TiH2。这种化合物的强度较低,会显著降低焊缝的冲击性能。因此,控制焊缝中的氢含量是提高焊接质量的重要措施之一。
其次,氧和氮也会对钛及钛合金的焊接性能产生显著影响。氧可以在钛的α相和β相中形成间隙固相,导致焊缝硬度和强度的增加,但塑性明显降低。而氮则会在高温下与钛形成脆性和硬质的氮化钛,进一步降低焊缝的塑性。为了防止这些不利影响,需要在焊接过程中严格控制氧和氮的含量。
2、杂质对焊接性能的影响
除了气体元素外,杂质也是影响钛及钛合金焊接性能的重要因素。碳是钛及钛合金中常见的杂质之一。当碳含量较高时,会导致焊缝中出现网状TiC,从而显著降低焊缝的塑性。此外,硫、磷等杂质也会在焊接过程中形成低熔点共熔物,增加焊缝产生热裂纹的风险。
为了降低杂质对焊接性能的影响,需要严格控制母材和焊丝的化学成分,确保杂质含量在合理范围内。同时,在焊接过程中还需要采取有效的措施,如选择合适的焊接工艺参数、对焊接部位进行预热等,以减少焊接应力和裂纹的产生。
3、焊缝裂纹与气孔问题
钛及钛合金焊接过程中,裂纹和气孔是常见的缺陷。裂纹主要分为热裂纹和冷裂纹两种。由于钛及钛合金中杂质含量较少,热裂纹的出现概率相对较低。然而,冷裂纹却是一个需要重点关注的问题。这种裂纹通常在焊接后的数小时或更长时间内出现,称为延迟裂纹。研究表明,这种裂纹与焊接过程中氢的扩散有关。为了防止冷裂纹的产生,需要减少焊接接头中的氢源,如采用真空退火处理等方法。
气孔是另一个常见的焊接缺陷,其形成主要与氢的影响有关。为了防止气孔的产生,需要确保氩气保护的纯净度、彻底清除焊件和焊丝表面的油污等有机物、控制氩气的流量和速度以及选择合适的焊接工艺参数等。
综上所述
气体和杂质对钛及钛合金的焊接性能具有显著影响。为了提高焊接质量,需要严格控制焊接过程中的气体和杂质含量,并采取有效的措施防止裂纹和气孔的产生。只有这样,才能充分发挥钛及钛合金的优异性能,为各行业的发展提供有力支持。