鈦及其合金焊接特點(diǎn)

      1 鈦及其合金的物理化學(xué)性能鈦具有兩種同素異形體，分別以α和β來表示，轉(zhuǎn)變溫度為882.5℃，其低溫晶體α為密排六方晶格，在882.5℃以上穩(wěn)定的β晶體為體心立方晶格。  鈦的導(dǎo)熱性較差，其導(dǎo)熱系數(shù)比不銹鋼略低。當(dāng)鈦中存在雜質(zhì)時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)則有所下降。表1 列出了工業(yè)純鈦與其他金屬材料主要物理性能的比較。

      2 鈦合金的焊接組織

　 工業(yè)純鈦及α鈦合金的焊接組織在常溫下是單相，根據(jù)冷卻速度的不同，生成鋸齒狀或針狀組織。各種機(jī)械性能與母材相比沒有大的變化，焊接性能良好。α+β鈦合金在從β相冷卻的過程中，形成馬氏體（α'相），α'相的數(shù)量和性質(zhì)按合金組成和冷卻速度發(fā)生變化。一般情況下，隨α' 相的增加，合金的延伸性、韌性降低，即使是焊接性良好的Ti-6Al-4V，當(dāng)β穩(wěn)定元素釩含量在5%以上時(shí)，焊接性能下降。β鈦合金的馬氏體生成溫度低于室溫，焊接處是亞穩(wěn)定β相，所以焊接性不劣化。但因合金元素添加過多，往往缺乏延伸性。另外，時(shí)效和冷加工使合金強(qiáng)度提高，而焊接會(huì)使強(qiáng)度有所損失，故鈦合金加工時(shí)不大采用焊接接合。      

      3 鈦合金的焊接缺陷

      3.1 焊接接頭區(qū)的脆化

      鈦及鈦合金焊接區(qū)易受氣體等雜質(zhì)的污染而產(chǎn)生脆化。造成脆化的主要元素有O、N、H、C等。常溫下鈦及鈦合金比較穩(wěn)定，但隨著溫度的升高，鈦及鈦合金吸收O、N、H 的能力也隨之明顯上升。Ti從250℃開始吸收氫，從400℃開始吸收氧，從600℃開始吸收氮。氮和氧對(duì)接頭強(qiáng)度和彎曲塑性影響較大，隨著焊縫中氮氧含量的增加，接頭強(qiáng)度升高，彎曲塑性降低，氮的影響大于氧。氫主要影響接頭的沖擊韌性。

      3.2 焊接區(qū)裂紋傾向

    （1）熱裂紋。

      由于鈦及鈦合金中含S、P、C 等雜質(zhì)較少，很少有低熔點(diǎn)共晶在晶界處生成，而且結(jié)晶溫度區(qū)間很窄，焊縫凝固時(shí)收縮量小，因此熱裂紋敏感性低。

    （2）冷裂紋和延遲裂紋。

      當(dāng)焊縫含氧、氮量較高時(shí)，焊縫性能變脆，在較大的焊接應(yīng)力作用下，會(huì)出現(xiàn)裂紋，這種裂紋是在較低溫度下形成的。

      在焊接鈦合金時(shí)，熱影響區(qū)有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)延遲裂紋，氫是引起延遲裂紋形成的主要原因。防止延遲裂紋的辦法，主要是減少焊接接頭處氫的來源，必要時(shí)可進(jìn)行真空退火處理，以減少焊接接頭的氫含量。

      3.3 焊縫氣孔

      氣孔是鈦及鈦合金焊接中較為常見的缺陷，O2、N2、H2、CO2、H2O都可能引起氣孔。鈦及鈦合金焊縫氣孔大多分布在熔合區(qū)附近，這是鈦及鈦合金氣孔的一個(gè)特點(diǎn)。 焊縫中的氣孔不僅造成應(yīng)力集中，而且使氣孔周圍金屬的塑性降低，甚至導(dǎo)致整個(gè)焊接接頭的斷裂破壞，因此須嚴(yán)格控制氣孔的生成。