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钛板焊接中裂紋缺陷産生的原因及工藝預防措施

发布时间 :2020-06-10 22:55:16 浏览次数 :

钛板具有耐腐蚀性及无毒性,广泛用于飞机制造,航天工业,机械制造业 ,眼镜架,高尔夫球杆,超级运动自行车,钛制人造骨头,军事,化工,制药,医疗等行业。    

1、氣體汙染問題

(1)做好焊前准備。嚴格清洗焊縫表面,杜絕氫、氧、氮的侵入。

(2)選用精確的氩氣流量計以控制氣流量。氣體流量的選擇以達到良好的保護效果爲准,氩氣流量大小對保護有著相當的影響,過大的流量不容易形成穩定的氣流層,反而在保護區內形成紊流,使有害氣體浸入熔池,使焊縫表面容易出現微裂紋。過小的氣流使保護不到位,達不到保護效果,拖罩中的氩氣流量不足時,焊縫呈現出不同的氧化色澤。

(3)加強焊縫保護。焊接時,不得將焊絲端部移出氩氣保護區;斷弧及焊縫收尾時,要繼續通氩氣保護,直到焊縫及熱影響區金屬冷卻到100℃以下時方可移開焊槍。

2、焊接接頭裂紋問題

钛焊接時,焊接接頭産生熱裂紋的可能性很小,這是因爲钛及钛合金中S、P、C等雜質含量很少,由S、P形成的低熔點共晶不易在晶界出現,加之有效結晶溫度區間窄小,钛及钛合金凝固時收縮量小,焊縫金屬不會産生熱裂紋。

钛焊接時,熱影響區可出現冷裂紋,其特征是裂紋産生在焊後數小時甚至更長時間。經研究表明這種裂紋主要是碳、氫的影響及過快的冷卻速度所致。防止這種延遲裂紋産生的辦法,主要是減少焊接接頭氫、碳的來源,焊前對焊縫區域進行保護清理,防止有害雜質玷汙。

其次,應嚴格控制層間溫度。在保證熔合良好的前提下,盡可能采用低熱輸入量施焊,即降低熔合比。

采用小直徑焊絲、低焊接電流、窄焊道技術、快速焊。冷卻速度控制在100℃/s左右最好。

TC4钛板

3、焊縫中的氣孔問題

氣孔是钛材焊接是比較容易産生的缺陷,主要原因是由于氫影響的結果。板材、焊材表面不幹淨,操作者手套上的水分、油脂,角磨機磨下的沙粒、飛塵等都是氫的來源。焊縫金屬形成氣孔主要影響到接頭的疲勞強度。

防止産生氣孔的工藝措施主要有:

(1)保護氖氣要純,純度應不低于99.99%,導氣管應用增強塑料管,不能用橡膠管。

(2)徹底清除焊件表面、焊絲表面上的氧化皮油汙等有機物。

(3)對熔池施以良好的氣體保護,控制好氩氣的流量及流速,防止産生紊流現象,影響保護效果。

(4) 正确选择焊接工艺参数,增加熔池焊缝金属停留时间,使气泡逸出,可有效地减少气孔。

(5)焊接時采用小的熱輸入,最好采用脈沖氩弧焊,既可改善接頭塑性,減小過熱和粗晶、減小變形,又可增加了熔深,減小了氣孔的産生。

4、焊前准備

在钛材的焊接現場最好單獨劃分出一塊區域,非專業人員不得入內,以保護該區域的潔淨,所有施焊人員應穿幹淨工作服,戴針織手套或薄羊皮手套,不能戴棉線手套,進入罐內施焊,鞋要套上鞋套。

坡口及其兩側各50mm以內的內外表面及焊絲表面應清除油汙,並用細锉奧氏體不鏽鋼絲刷、銑刀等機械方法清除氧化膜、毛刺和表面缺陷,清理工具應專用,並保持清潔;經機械清理後的表面,焊接前應使用不含硫的丙酮或乙醇進行脫脂處理,嚴禁使用三氯乙烯、四氯化碳等氯化物溶劑,不得將棉質纖維附于坡口表面。根據技術要求,焊前對施焊環境作了“菲繞琳”試驗,在焊縫周圍做了“鐵離子”汙染試驗,經試驗合格後才進行施焊。

清洗質量的好壞會直接影響到焊接裂紋的産生,清洗質量不好時,會在母材及焊絲表面上生成一層灰白色的吸氣層,導致焊接裂紋和氣孔的産生,因此清洗時要注意以下幾點:

①先采用酸洗。酸洗液爲2%~4%HF+30%~40%HN03+H20(余量)。最後用清水沖洗幹淨並吹幹,臨焊前用丙酮或酒精擦洗。

②焊絲在酸洗後一般需要進行脫氫處理,焊前再用丙酮脫脂。

③嚴禁使用氧化物脫脂。

④清洗時不得戴橡皮手套,以免橡皮和脫脂溶劑發生反應使焊縫産生氣孔。

⑤清洗後的焊口

必須馬上焊完,不宜久放(一般不得超過4h),否則需要按前面步驟重新清洗。

钛材焊接時用的保護罩是十分重要的。一個技能娴熟的焊工,沒有一個好的保護罩,即使焊縫焊得再漂亮,焊後全部氧化變色,這道焊縫仍舊是不合格的,而且要報廢。 

TA1钛板

5、钛手工鎢極氩弧焊操作要領

1)手工氩弧焊時,焊絲與焊件間應盡量保持最小的夾角(10~15°)。焊絲沿著熔池前端平穩、均勻的送入熔池,不得將焊絲端部移出氩氣保護區。

2)焊接時,焊槍基本不作橫向擺動,當需要擺動時,頻率要低,擺動幅度也不宜太大,以防止影響氩氣的保護。

3)斷弧及焊縫收尾時,要繼續通氩氣保護,直到焊縫及熱影響區金屬冷卻到100℃以下時方可移開焊槍。

4)清洗質量的好壞會直接影響到焊接裂紋的産生,清洗質量不好時,會在母材及焊絲表面上生成一層灰白色的吸氣層,導致焊接裂紋和氣孔的産生。

6、工藝參數的選擇依據

1)焊接電流如采用大電流,焊接時非常的順暢,但焊縫的晶粒粗大,性能差,焊縫周圍易産生較大的殘余應力。所以應控制焊接電流上限,在確定蓋板角焊縫的電流時第1遍自熔,第2遍加絲,焊接電流爲130-140A。

2)電弧電壓選擇電弧電壓實際上就是選擇電弧的長短,常用的氩弧焊機沒有電壓選擇鈕,應盡量使電弧短一些,以控制電弧電壓在14-16V之間。

3)焊接速度钛材在焊接時的導熱性很差,電流和速度要匹配好,否則熔合不好。經試驗,焊接電流在130-140A時,焊接速度爲160-170mm/min較合適。 

4)氩氣流量的確定

钛在焊接時熔池後面的焊縫區100mm內(包括焊縫和熱影響區正反面)全部要在氩氣保護氛圍內進行冷卻,否則焊縫就要氧化變色,使性能下降。經現場試驗調整,最終確定的氩氣流量爲:噴嘴10-11L/min、托罩12-13L/min、背面3-5L/min。

5) 钛板氩弧焊選用具有下降外特性、高頻引弧的直流氩弧焊電源,鎢極端部應修磨成圓錐形,采用水平轉動平焊。焊炬應提前送氣,熄弧時應采用電流衰減裝置和氣體延時保護裝置,延遲遞氣時間不少于15秒,避免焊縫遭受到氧化、汙染。

7、裝配

爲了減少焊接變形,焊前需進行定位焊,定位焊縫應采用與正式焊接相同的焊接材料及焊接工藝,即所用的焊絲、焊接工藝參數及氣體保護條件應與焊接接頭焊接時相同。焊前清除焊絲表面和焊接坡口及其兩側各20mm範圍內的氧化層、油汙、水分、鏽蝕等,且應由合格焊工施焊,定位焊焊在基層焊縫上,焊縫長度宜爲10一15mm,間距爲100-150mm,高度不應超過壁厚的1/3。間隙0-1mm,鈍邊0-1.0mm。

焊縫不得有裂紋、氣孔、夾渣及氧化變色等缺陷,當發現缺陷時應及時消除。

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