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钛合金板材焊接技术要点

2018-5-17 16:08:30      点击:

     钛元素发现于1789年,1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白,1910年在试验室中第一次用钠法制得海绵钛,1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛---这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。

中国钛工业大致经历了三个发展期:即20世纪50年代的开创期,60-70年代的建设期和80-90年代的初步发展期。在新世纪,得益于国民经济的持续、快速发展,中国钛工业也进入了一个快速成长期。

一:工业钛TA2
    
板材标准号:GB/T3621-2007(钛及钛合金板材),适用于350℃以下工作的零件,工业纯钛具有良好的塑性、适当的强度、良好的耐腐蚀性以及可焊接性,它作为一种新兴的有发展前途的有色金属材料,逐渐在石油化工行业中得到越来越广泛的应用。应用如:火电站凝汽器,化工热交换器、泵体、蒸馏塔,船用抗海水长期腐蚀的管道系统、飞机发动机配件等。

二.TA2基本特性及焊接特点

2.1物理性能

     纯钛TA2在退火状态下抗拉强度值较低,物理性能特点是熔点高、导热性差、比热容、密度比铁低。此外它还具有电阻率较大,线膨胀系数较小等特点。

由于钛熔点高、比热系数小,冷却速度慢、焊接热影响区在高温下的停留时间长,焊缝及近缝区容易产生晶粒粗大,从而引起接头塑性降低,因此焊接时对焊接热输入应严格控制。

2.2.化学性能

    钛材的化学性质活泼,易受气体等杂质的污染引起焊接接头脆化,在高温下,钛可以跟许多元素和化合物发生化学反应(碳、氢、氮、氧),加热250℃开始吸收氢,400℃开始吸收氧,600℃开始吸收氮,如纯钛在焊接过程中由于保护不当,引起焊缝中过量含有这些气体元素,一方面焊缝中容易形成气孔等缺陷的产生,另一方面势必引起焊缝强度显著提高,使塑性严重下降焊缝变脆。所以氧、氮、氢是钛的有害元素,因此, 焊接时对熔池及温度超过400℃的焊缝及热影响区(包括熔池背面)都要加以保护,一般在真空中或在惰性气体保护下操作。此外碳元素对母材和焊缝性能亦有显著的影响,提高含碳量,塑性明显下降,我国技术条件规定,工业纯钛及钛合金母材含碳量应不大于0.1%,焊缝含碳量应不超过母材含碳量。

三:TA2的焊接工艺

3.1.焊接方法

     钛材性质非常活泼,采用普通的手工电弧焊等焊接方法并不适用于钛材的焊接,应用最多的应该是钨极氩弧焊。

3.2焊前准备

     除油:3%氢氟酸-35%硝酸水溶液,低于40℃,或机械磨光、刮削待焊表面用无水乙醇清洗。

     除氧化皮:对于质量要求不高的可以用不锈钢丝擦拭,或者用硬质合金刀刮削去除表面氧化层。对于焊前经过热加工或者无保护气体的情况下的热处理工件,需进行喷丸或者喷砂清理表面,然后进行热处理。


3.3焊接材料

    一般填充金属与母材标称成分相同, 氩气纯度不应低于99.99%,露点低于-60℃

3.4焊接工艺要点

     焊接热输入不能太大,防止焊缝晶粒粗大导致焊缝性能下降,焊接过程中加强保护措施, 对处于400℃以上的熔池后部焊缝及热影响区,均应用拖罩进行氩气保护,焊缝背面也应采用相同措施。层间温度尽可能低,最好待前一层焊缝冷却至70℃以下,再焊下一层焊缝,防止过热。焊炬摆动幅度尽量小,防止熔池脱离氩气保护。焊接过程中注意焊接接头颜色的变化, 一般应保证焊接接头焊后成银白色。

四:焊接工艺评定试验

4.1试验前准备

根据材料采购情况及焊接工艺评定试验要求,采用8mm TA2板材进行试验,填充材料采用与母材等质的焊丝ERTA2ELI ,Ф3mm焊丝符合NB/T47018.7-2011《承压设备用焊接材料订货技术条件》第7部分的要求,试板加工坡口尺寸型式如附图所示。

4.2焊接工艺参数及要求

焊前用丙酮清洗坡口两侧50mm范围内的油等污物,保证装配间隙与对口错边量,焊丝用丙酮进行清洗去油脂,焊接时喷嘴气体流量15 ~20L/min,背侧拖罩保护氩气流量20~25L/min,焊接完成后拖罩保护流量20~25L/min,焊接过程中控制层间温度≤70℃,焊接工艺参数见附表。



4.3无损检测

      焊后100%RT,符合NB/T47013.2-2015,Ⅰ级合格。

4.4理化试验

    焊接接头经过2个拉伸试验和4个弯曲试验, 均符合相关标准的要求。

5.结束语

    TA2板材具有良好的可焊性,采用钨极氩弧焊,选择合适的规范,在有可靠的保护条件下,可以得到满意的焊接接头质量。