1、,工业纯钛管子管板的焊接,钛及钛合金具有比强度高、塑性和高温抗蠕变性能良好等优异特性。此外，它的韧性、高温强度、成型性以及加工性都很优异。因此，该合金在航天领域，特别是航天压力容器的制造中应用广泛。,钛及钛合金具有良好的焊接性，钨极氩弧焊、电子束焊等焊接方法在钛及钛合金的焊接中应用广泛。但是, 在焊接的过程中出现的氧化和气孔问题又给焊接带来了一定的难度。必须运用手工钨极氩弧焊进行钛合金管焊接的难题。,一、钛的焊接性分析,常温下，由于表面氧化膜的作用, 钛能保持高的稳定性和耐腐蚀性。但钛在高温下，特别是在熔融状态时对于气体有很大的化学活泼性。无保护的钛在300以上吸氢，400以上吸氧，500以上
2、吸氮，这些气体成分都会引起焊接接头的脆化。因此焊接时必须采取良好的保护措施，避免氢、氧、氮气对焊接接头的污染，产生焊接接头脆化。,钛焊接时氩气、母材及焊丝中含有的O2、N2、H2、CO2、H2O都可能引起气孔。其中氢是钛焊接中形成气孔的主要气体。氢在高温时溶入熔池，冷却结晶时过饱和的氢来不及从熔池逸出时，便在焊缝中聚集形成气孔。因此焊前清理、尽量缩短焊件清理到焊接的时间间隔、正确选择焊接工艺参数，延长熔池停留时间、采用低熔点氩气，其纯度大于99.99%、采用脉冲氩弧焊等都可以减少气孔。,二、工艺试验,根据钛的焊接性和管子管板接头的特点，试验采用手工钨极氩弧焊。,1、焊接方法及试验材料,(1)氩
3、弧焊的原理,氩弧焊是使用氩气作为保护气体的一种气体保护电弧焊方法,a)钨极氩弧焊 b)熔化极氩弧焊,1熔池 2一喷嘴 3一钨极 4一气体 5一焊缝 6一焊丝 7一送丝滚轮,(2)、钨极氩弧焊设备,手工钨极氩弧焊设备由焊接电源、焊枪、供气系统、控制系统和冷却系统等部分组成,1-焊件 2-焊枪 3-遥控盒 4-冷却水 5-电源与控制系统 6-电源开关 7-流量调节器 8-氩气瓶,试验材料如下，母材及焊丝化学成分见表1。,管子：TA1 25mm2.6mm 管板：16Mn/TA2 =16mm+10mm 焊丝：TA2 1.6mm,氩气：适用于钛焊接用的氩气为一级氩气，其纯度为99.99%，熔点在-40以
4、下，杂质总含量小于0.02%, 相对湿度小于5%，水分小于0.001mg/L。,2 、焊前准备,焊前对管板接头边缘部分及管子焊接部位附近先使用细砂布擦拭然后进行丙酮清洗，焊丝也进行除油锈及丙酮清洗，放置在温度为150200的烘箱内保存，随取随用。,焊前一定要进行认真的清理，因污物易在焊缝中产生气孔和非金属夹杂，使焊缝的塑性和耐腐蚀性显著下降。常用的清理方法如下：,机械清理 用切削加工、喷砂、喷丸或钢丝刷清除焊接区的污物和氧化皮等。,化学清理 将焊件及焊丝在酸液中进行清洗，使焊件表面去净氧化物，呈银白色金属光泽为止，酸洗液的配方见表1-1。酸洗后在流动的清水中洗净，焊前再用丙酮或酒精擦净焊丝及焊
5、件焊接区域的表面.,表1-1 钛及钛合金的酸洗溶液配方,2.气体保护措施,常温下，钛及其合金是比较稳定的，但随着温度的上升，钛及其合金吸收氢气、氧气和氮气的能力逐渐上升。钛从250 开始吸氢，从400 开始吸氧，从600 开始吸氮。由于钛合金同O2、N2 、H2 的亲和力高，接头中含有这些气体时会使接头变脆，降低钛合金焊接接头的冲击性能、塑性和韧性。钛合金中含有氢时会在热影响区产生延迟裂纹。而当焊缝中含氧、氮量较高时，焊缝或热影响区在较大的焊接应力作用下也会出现裂纹，该裂纹也属于延迟裂纹。因此惰性气体( 或真空室) 保护是非常必要的。由于使用真空室成本较高，所以一般使用惰性气体保护的方法。保护
6、气体主要有氦气和氩气，由于氦气价格高于氩气，一般来说，对不是特殊要求的钛合金的焊接接头和热影响区，使用高纯氩气进行保护就可以防止氧化。,3、焊接坡口,为了降低焊接接头的应力值，防止焊接裂纹，坡口结构不但考虑熔透, 而且尽量减少根不熔合比。再者，钛合金熔化时流动性大，为此取较小的坡口钝边，为0.51mm。坡口角度不宜过大，为6065，以减少填充金属量。,4、 防氧化工艺装备,在钛管焊接时，保护区域包括三部分：熔池的保护、焊缝热影响区的保护以及钛管的内部保护。为了有效解决钛管焊接的保护问题，获得良好的焊接接头，设计了专用的防氧化工艺装备。焊接前，将完成定位点焊的钛管及焊丝置于防氧化室内，通过抽气和
7、充氩为钛管的焊接提供一个良好的防氧化氛围。,5、焊接工艺参数 钛及钛合金手工钨极氩弧焊见表1-2。,表1-2 钛和钛合金手工钨极氩弧焊焊接工艺参数,针对这种工艺及钛的焊接特点，制定了合理的工艺参数，具体见表2,焊接操作者应戴洁净的手套，避免有油污的手套触及焊丝，造成焊接熔池污染。,6、焊接操作,焊接操作时应注意以下几点：,起弧后操作者应在10点钟位置起弧，按逆时针方向旋转焊一周，完成全位置焊接，在焊接过程中由于气体保护区域不能完全覆盖一周的焊道，因此中间可以停留几次，待氩气保护此段焊道冷却后再开始起弧焊接下段焊道，以保证每段焊道的气体保护效果。,焊接起弧后焊丝填入熔池, 当收弧时应注意焊丝熔化
8、段应和熔池一样始终保持在气体保护中，待二者都冷却后再取出焊丝，然后断氩气。若先取出焊丝，会造成焊丝熔化段与空气接触，吸入气体杂质，若再次引弧时这段焊丝表面的杂质会和焊丝一起溶入熔池，从而影响了焊缝金属的性能。,焊接过程中母材及焊道应避免接触铁制物件，以防止铁离子污染。,三、外观检查,焊缝和热影响区的表面色泽是保护效果的标志。因此对其色泽进行观察比较，表3为焊缝及热影响区表面颜色和保护效果的关系。,表3 焊缝和热影响区的表面颜色,焊接后检验包括焊缝颜色的检查, 如果银白色的金属光泽, 说明气体保护比较充分, 无污染! 如果是轻微草色或青铜色说明有轻微的氧化, 可用不锈钢刷去掉! 如果是蓝色或紫色则说明气体保护不充分, 有严重的氧化污染。,经过观察焊缝及热影响区的表面色泽为淡黄色，焊接质量合格。,谢谢观赏！,
