鈦合金焊接工藝學習教案

1、會計學1鈦合金焊接鈦合金焊接(hnji)工藝工藝第一頁，共11頁。工業(yè)純鈦（工業(yè)純鈦（ TA1，TA2，TA3）Ti在在885以下為密排六方以下為密排六方鈦合金鈦合金Ti在在885以上為體心立方以上為體心立方鈦合金鈦合金Ti在在885發(fā)生同素異構轉變發(fā)生同素異構轉變純鈦中雜質：純鈦中雜質：H、O、Fe、Si、C、N等等O、N、H形成間隙固溶體，形成間隙固溶體，F(xiàn)e、Si等形成置換固溶體，固等形成置換固溶體，固溶強化溶強化(qinghu)（強度、硬度提高，塑性、韌性下降），（強度、硬度提高，塑性、韌性下降），但但H使鈦的沖擊韌性急劇下降，氫脆。使鈦的沖擊韌性急劇下降，氫脆。第2頁/共11頁第二頁

2、，共11頁。鈦合金鈦合金鈦合金：加入鈦合金：加入Al、穩(wěn)定、穩(wěn)定相，中性元素相，中性元素Sn、Zr。加入加入Al 5，再結晶溫度，再結晶溫度600 800 ，耐熱性提高，耐熱性提高，減少減少H的敏感性，過多的敏感性，過多(u du)（7），），Ti3Al相相脆性脆性。鈦合金高溫強度高、韌性好，抗氧化能力強，焊接性好，鈦合金高溫強度高、韌性好，抗氧化能力強，焊接性好，組織穩(wěn)定，但加工性比組織穩(wěn)定，但加工性比鈦合金和鈦合金和鈦合金差，不同進行鈦合金差，不同進行熱處理強化，只是熱處理強化，只是600 700 退火消除加工硬化，退火消除加工硬化， 500 600 不完全退火消除焊接殘余應力。不完全退火

3、消除焊接殘余應力。鈦合金：含有鈦合金：含有穩(wěn)定元素，含穩(wěn)定元素，含Mo、V、Cr。通過時效熱處。通過時效熱處理，單一相加工性能良好，但高溫性能差，焊接性很差，理，單一相加工性能良好，但高溫性能差，焊接性很差，易于形成冷裂紋，焊接結構中很少用。易于形成冷裂紋，焊接結構中很少用。1、鈦合金特點、鈦合金特點(tdin)、分類及性能、分類及性能第3頁/共11頁第三頁，共11頁。鈦合金鈦合金鈦合金：兩相，含有鈦合金：兩相，含有Al，穩(wěn)定，穩(wěn)定相，中性元素相，中性元素Sn、Zr， 相穩(wěn)相穩(wěn)定元素（定元素（6）。）。具有具有和和相的優(yōu)點，即高溫變形能力和熱加工性，又可熱處理提相的優(yōu)點，即高溫變形能力和熱加工

4、性，又可熱處理提高強度。高強度。TC4（Ti6Al4V）是廣泛應用的）是廣泛應用的鈦合金，不同熱處理下兩相比鈦合金，不同熱處理下兩相比例、性質、形態(tài)不同。具有良好的壓力例、性質、形態(tài)不同。具有良好的壓力(yl)加工性和焊接性。加工性和焊接性。1、鈦合金特點、鈦合金特點(tdin)、分類及性能、分類及性能第4頁/共11頁第四頁，共11頁。國外在國外在20 世紀世紀50年代就開始進行研究年代就開始進行研究. 美國在美國在1956 年第一次對鈦與鋼直接進行點焊年第一次對鈦與鋼直接進行點焊,由于接頭發(fā)脆沒有成功。由于接頭發(fā)脆沒有成功。一般認為鐵在一般認為鐵在-Ti 中溶解度極小中溶解度極小,這樣在鈦這

5、樣在鈦-鐵焊縫中除了有鐵在鐵焊縫中除了有鐵在-Ti 中的固溶體外中的固溶體外,還形成了脆性的還形成了脆性的TiFe 型型-金屬間化合物金屬間化合物,這些相的硬度達這些相的硬度達Hv600 ,有的甚至到有的甚至到Hv8001050 ,致使焊縫發(fā)脆致使焊縫發(fā)脆,在冷卻過程中形成裂紋在冷卻過程中形成裂紋,TiFe 型及型及TiC 等脆性相是導致焊縫等脆性相是導致焊縫開裂的主要原因。開裂的主要原因。為使鈦與鐵能焊在一起為使鈦與鐵能焊在一起,必須在焊接過程中避免必須在焊接過程中避免(bmin)產生這些脆性相產生這些脆性相,解決這個問解決這個問題的途徑可以歸納為以下幾種題的途徑可以歸納為以下幾種: (1)

6、 用一種與鈦、鐵兩元素能形成連續(xù)的或寬范圍固溶體的金屬來直接進行焊接用一種與鈦、鐵兩元素能形成連續(xù)的或寬范圍固溶體的金屬來直接進行焊接; (2) 用一種或兩種與鈦、鐵兩元素有好的可焊性的金屬作為中間填料用一種或兩種與鈦、鐵兩元素有好的可焊性的金屬作為中間填料,使鈦與鋼間接地使鈦與鋼間接地焊接起來焊接起來; (3) 采用低于鈦、鐵熔點的焊接方法。采用低于鈦、鐵熔點的焊接方法。2、鈦及鈦合金焊接、鈦及鈦合金焊接(hnji)特點特點第5頁/共11頁第五頁，共11頁。 接頭區(qū)脆化：接頭區(qū)脆化：540以上，氧化膜疏松以上，氧化膜疏松(sh sn)，與，與O、N、H等反應快，接頭塑性韌性降低。等反應快，接

7、頭塑性韌性降低。300 以上吸以上吸H，600 以上吸以上吸O，700 以上吸以上吸N，O、高溫固溶，強度提高，塑性下降；、高溫固溶，強度提高，塑性下降；N會形成脆性相會形成脆性相TiN。H是是相穩(wěn)定元素，相穩(wěn)定元素，325 發(fā)生共析反應：發(fā)生共析反應： （TiH2），片狀或針狀存在，裂紋源，降低塑性和韌性，），片狀或針狀存在，裂紋源，降低塑性和韌性，焊接中嚴格控制焊接中嚴格控制H來源。來源。2、鈦及鈦合金焊接、鈦及鈦合金焊接(hnji)特點特點第6頁/共11頁第六頁，共11頁。 接頭區(qū)脆化：接頭區(qū)脆化： 常溫時，常溫時，C 在在鈦中溶解度鈦中溶解度0.13，間隙固溶，強度提高，塑性下降，間隙

8、固溶，強度提高，塑性下降。飽和析出。飽和析出TiC，網(wǎng)狀分布，塑性降低，焊接裂紋。，網(wǎng)狀分布，塑性降低，焊接裂紋。 所以，所以，C0.1. 合金合金(hjn)元素：元素：Al、Ni、Si、Nb、Cr、Mn、Mo等。等。焊接時采用高純度惰性氣體或無氧氟氯化物焊劑焊接時采用高純度惰性氣體或無氧氟氯化物焊劑2、鈦及鈦合金焊接、鈦及鈦合金焊接(hnji)特點特點第7頁/共11頁第七頁，共11頁。 焊接裂紋：焊接裂紋： 熔點高，熱容量大，導熱性差，形成的熔池大，焊縫熔點高，熱容量大，導熱性差，形成的熔池大，焊縫(hn fn)和熱影響和熱影響區(qū)金屬高溫停留時間長，晶粒長大，降低接頭塑性和韌性，易于產生焊區(qū)

9、金屬高溫停留時間長，晶粒長大，降低接頭塑性和韌性，易于產生焊接裂紋。接裂紋。O、H、N多時，焊縫多時，焊縫(hn fn)和和HAZ變脆，易于產生冷裂紋，延遲裂紋變脆，易于產生冷裂紋，延遲裂紋焊縫焊縫(hn fn)氣孔：氣孔：氬氣、母材、焊絲中氬氣、母材、焊絲中O2、N2、H2、CO2、H2O都可以引起氣孔都可以引起氣孔其中其中H是形成氣孔的組要氣體。是形成氣孔的組要氣體。措施：加強清理（機械清理和化學清理），縮短焊接時間，良好的焊接工措施：加強清理（機械清理和化學清理），縮短焊接時間，良好的焊接工藝等。藝等。2、鈦及鈦合金焊接、鈦及鈦合金焊接(hnji)特點特點第8頁/共11頁第八頁，共11頁

10、。 鈦及鈦合金密度小，強度高，良好的塑性和韌性，足夠的抗腐蝕性鈦及鈦合金密度小，強度高，良好的塑性和韌性，足夠的抗腐蝕性和高溫強度，最為突出的特點是比強度高。和高溫強度，最為突出的特點是比強度高。 因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工業(yè)生產中得到了廣泛因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工業(yè)生產中得到了廣泛應用，尤其是鋼應用，尤其是鋼+鐵的雙金屬焊接鐵的雙金屬焊接(hnji)結構應用更為廣泛。結構應用更為廣泛。 因此，對鋼與鈦焊接因此，對鋼與鈦焊接(hnji)的研究更為迫切。的研究更為迫切。 2、鈦及鈦合金焊接、鈦及鈦合金焊接(hnji)特點特點第9頁/共11頁第九頁，共11頁。 圖圖12所示為鐵鈦合金狀態(tài)圖。鐵在鈦中的溶解度極低，焊接時焊所示為鐵鈦合金狀態(tài)圖。鐵在鈦中的溶解度極低，焊接時焊縫金屬中容易形成金屬間化合物縫金屬中容易形成金屬間化合物FeTi、Fe2Ti，使接頭金屬塑性嚴，使接頭金屬塑性嚴重下降，脆性增加。與不銹鋼焊接時，鈦還會與重下降，脆性增加。與不銹鋼焊接時，鈦還會與Fe、Cr、Ni形成更形成更加復雜的金屬間化合物，使焊縫嚴重脆化，甚至產生裂紋、氣孔。加復雜的金屬間化