钛合金的焊接及检测

      常温下，钛及钛合金是比较稳定的，钛及钛合金作为结构材料有许多优点，如比重小、抗拉强度和屈服强度高，在300~500℃下仍具有足够高的强度，在海水及大多数酸碱盐的介质中均具有优良的抗腐蚀性能，在航空、化工、核工业上日益获得广泛的应用。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www.t0917.com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。由于使用真空室本钱较高，所以一般使用惰性气体保护的方法。保护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。

　　大多数钛合金可以使用氧乙炔焊的方法进行焊接，并且所有的钛合金均可以使用固态焊接方法进行焊接（ 如TIG、MIG 、等离子弧焊、激光和电子束焊接） 。事实上，钛合金焊接接头发生裂纹的倾向性要比玄色金属（ 如铁合金、镍合金） 小得多。尽管钛合金具有如此良好的性质和其他一些优异的焊接特性，一些工程师们仍然以为钛合金的焊接是相当困难的，主要在于钛合金焊接对于气体保护的要求特别高，一般只有非常专业的职员才能保证气体保护符合要求。实际上，很多焊接手段均可以用来焊接钛合金。由于在焊接过程中引进的空气的N2 、O2 和含碳物质使得钛合金的熔化焊接头变脆，因此待焊区一定要清理干净并使用惰性气体保护。焊接材料基本上也是根据被焊材料的特性进行选取的。钛合金的焊接性一般根据焊接接头的延展性和强度来评价。常见钛合金的焊接性如表所示。

　　关于钛合金的激光焊接目前的应用趋势是越来越广泛，激光焊接的变形小，生产效率高，而且实现自动化的程度比电子束和TIG 要高。同电子束焊接相比，激光焊不需要真空室等复杂的设备，所以激光焊接实用性更强，而且激光焊可以以不同焊接状态直接焊接。CO2 激光由于功率大，使用25kW/h 可以一次性焊透20mm厚的钛板。Nd ： YAG 激光由于可以使用光纤进行能量传输而使得YAG 的焊接更具灵活性，但由于功率低而使得穿透深度受到限制。激光焊接时轻易产生飞溅，这样就使得表面不清洁，在不能进行焊后处理时一定要特别小心。

　　焊后检查：对钛合金焊接部位进行目视检查，主要是为了评估气体保护的好坏。当表面呈银白色时，表示气体保护非常好；而当表面为浅黄色或深黄色，表示钛合金受到稍微污染，但仍然还是可以接受的；表面为深蓝色，表示污染比较严重，但由于使用工况的不同，有的可以使用；表面为浅蓝色，污染严重，几乎不可能使用；表面为灰蓝色或灰色时，污染非常严重，不可使用；同样表面为白色时，污染非常严重，不可用。

　　着色检测的办法：硬度测试和涡流检测可以用来检测接头是否含杂质，由于含有杂质时接头性质会发生改变，主要表现在含有杂质时接头的硬度和电阻率会明显变高。便携式手持硬度测试仪可以原位进行测试焊接件的硬度。这一技术的应用可以方便的检测出焊接质量的好坏。一般情况下，钛合金出现焊接裂纹的情况比较少。然而，有时也会在焊缝或因含杂质而产生裂纹。此时，缺陷可以通过着色检查来发现，同时此方法对疏松也有一定的效果。必须留意的是，在继续进行焊接前一定要将着色液清洗干净。
　　常温下，钛及钛合金是比较稳定的，钛及钛合金作为结构材料有许多优点，如比重小、抗拉强度和屈服强度高，在300~500℃下仍具有足够高的强度，在海水及大多数酸碱盐的介质中均具有优良的抗腐蚀性能，在航空、化工、核工业上日益获得广泛的应用。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www.t0917.com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。由于使用真空室本钱较高，所以一般使用惰性气体保护的方法。保护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。

　　大多数钛合金可以使用氧乙炔焊的方法进行焊接，并且所有的钛合金均可以使用固态焊接方法进行焊接（ 如TIG、MIG 、等离子弧焊、激光和电子束焊接） 。事实上，钛合金焊接接头发生裂纹的倾向性要比玄色金属（ 如铁合金、镍合金） 小得多。尽管钛合金具有如此良好的性质和其他一些优异的焊接特性，一些工程师们仍然以为钛合金的焊接是相当困难的，主要在于钛合金焊接对于气体保护的要求特别高，一般只有非常专业的职员才能保证气体保护符合要求。实际上，很多焊接手段均可以用来焊接钛合金。由于在焊接过程中引进的空气的N2 、O2 和含碳物质使得钛合金的熔化焊接头变脆，因此待焊区一定要清理干净并使用惰性气体保护。焊接材料基本上也是根据被焊材料的特性进行选取的。钛合金的焊接性一般根据焊接接头的延展性和强度来评价。常见钛合金的焊接性如表所示。

　　关于钛合金的激光焊接目前的应用趋势是越来越广泛，激光焊接的变形小，生产效率高，而且实现自动化的程度比电子束和TIG 要高。同电子束焊接相比，激光焊不需要真空室等复杂的设备，所以激光焊接实用性更强，而且激光焊可以以不同焊接状态直接焊接。CO2 激光由于功率大，使用25kW/h 可以一次性焊透20mm厚的钛板。Nd ： YAG 激光由于可以使用光纤进行能量传输而使得YAG 的焊接更具灵活性，但由于功率低而使得穿透深度受到限制。激光焊接时轻易产生飞溅，这样就使得表面不清洁，在不能进行焊后处理时一定要特别小心。

　　焊后检查：对钛合金焊接部位进行目视检查，主要是为了评估气体保护的好坏。当表面呈银白色时，表示气体保护非常好；而当表面为浅黄色或深黄色，表示钛合金受到稍微污染，但仍然还是可以接受的；表面为深蓝色，表示污染比较严重，但由于使用工况的不同，有的可以使用；表面为浅蓝色，污染严重，几乎不可能使用；表面为灰蓝色或灰色时，污染非常严重，不可使用；同样表面为白色时，污染非常严重，不可用。

　　着色检测的办法：硬度测试和涡流检测可以用来检测接头是否含杂质，由于含有杂质时接头性质会发生改变，主要表现在含有杂质时接头的硬度和电阻率会明显变高。便携式手持硬度测试仪可以原位进行测试焊接件的硬度。这一技术的应用可以方便的检测出焊接质量的好坏。一般情况下，钛合金出现焊接裂纹的情况比较少。然而，有时也会在焊缝或因含杂质而产生裂纹。此时，缺陷可以通过着色检查来发现，同时此方法对疏松也有一定的效果。必须留意的是，在继续进行焊接前一定要将着色液清洗干净。
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