钛及钛合金钨极氩弧焊、激光焊、扩散焊焊接方法

2016-11-15 11:44 最新新闻 242

钛及其合金焊接方法

1 钨极氩弧焊

钨极氩弧焊是钛及其合金最常用的方法, 它是连接薄板和打底焊的一种极好的方法,通过选用合适的工艺参数可以实现较为良好的焊接。其不足是焊速较慢、焊件变形较大、焊缝组织较粗大;焊缝中易生产气孔以及钨夹杂等焊接缺陷;焊接过程易出现气体保护不良而影响焊缝质量等。TIG焊的脉冲频率对钛合金的晶粒尺寸和形态都有影响,脉冲频率过高或过低时,焊缝区均为柱状晶,强度较低,频率适中时为等轴晶,对应的强度也高一些。近些年来印度对钛合金的TIG 焊研究相对较为全面[7]。

M. Balasubramaniana 等通过对钛合金(Ti-6Al-4V)进行脉冲电弧焊实验研究发现晶粒尺寸和硬度与焊接参数之间具有如下关系:

晶粒尺寸G S = 81.43-18.33P -14.17B-10.83F+15T+25.68P2+18.18B2 + 61.93F2 +25.68T2;硬度H=472.15+8.54P-6.87B+4.38F-5.62T 17.57P2-12.57B2-36.32F2 -15.07T2 + 1.56PF。

其中,P表示峰值电流,A;B表示基值电流,A;F表示频率,Hz;T表示时间。经过试验测定,该模型预测晶粒尺寸和硬度的准确率可以达到99% 的水平[8]。

Balasubramanian 等[9]通过对脉冲TIG焊接参数对腐蚀行为影响的研究又发现,随着脉冲峰值电流的增加和脉冲频率的增大,接头的抗腐蚀能力上升,达到最优值后,随着脉冲峰值电流和脉冲频率的继续增加,抗腐蚀能力下降,同时随着晶粒纯度的增加抗腐蚀能力也会增大。但是对于能否在保证腐蚀最小的情况下,其他性能亦保持在较好的水平,可以通过上面公式计算出晶粒尺寸和硬度,从而预测其可能具有的性能。

国内较为关注的是A-TIG焊方法, 该方法是近10年来发展起来的增大焊接熔深,改善焊缝成形和焊接质量,提高焊接生产效率的新技术。

对A-TIG焊熔深,Liu等采用单一活性焊剂试验后发现,在相同的工艺参数下,A-TIG焊的熔深较传统TIG焊大幅提高。进一步的试验结果表明氟氯化物活性剂能增加焊接熔深,即氟氯化物是增加钛合金熔深的主要因素。

李晓红等通过试验确定,活性焊剂对钛合金焊缝成形的影响是非常明显的:在同等条件下不仅增大焊缝的熔深,减小焊缝的宽度,降低焊接时的热输入,还明显减小焊缝的晶粒尺寸;对不同厚度的钛合金材料进行A-TIG焊时,其焊缝的结晶形态是一致的,呈对向式从两侧母材向焊缝中心线上生长; A-TIG焊时焊缝的横剖面形状与TIG焊时有很大差异,其形状呈现出单面焊双面成形的杯状特征,该形貌特征对焊缝力学性能有改善。

作为技术核心的活性剂配方是制约该项技术发展的瓶颈。由于对配方的研究较为复杂,国内通过引进和正交试验以及均匀试验法等找寻合适的材料,由于作用机理不同,较好的单独作用的材料混合后,效果可能下降,因此对活性剂的研究还需要进一步的实验研究探索。

2 等离子弧焊

由于等离子弧焊的焊接规范窄,焊接稳定性及重复性差的缺点已经成为制约等离子弧焊工业应用进程及自身技术发展的突出障碍。20世纪90年代以来,由于等离子弧焊接设备制造水平及控制技术不断提高,等离子弧焊接稳定性问题在很大程度上得以改善。因此,在穿孔等离子弧焊过程中,掌握影响焊接稳定性的因素及作用规律,利用先进的控制技术,进一步提高焊接自动化及控制精确化程度,必然是今后的研究重点。

廖志谦等[13] 的研究结果表明,等离子焊接接头拉伸性能良好,与母材性能相当,焊缝冲击韧性较母材有所下降,焊缝组织为残余β相和马氏体针状α相,与接头拉伸性能、冲击性能及接头硬度分布相对应,这些组织具有超过母材金属的硬度和强度,但塑性低。

穿孔焊接时,存在穿孔起弧不稳定及穿孔后线能量不能维持在最小值等问题,这是实现穿孔稳定焊接需要解决的问题。裴利程[14] 主要研究了起弧参数对穿孔加热过程和挖掘过程的作用规律,并通过控制穿孔时刻的温度场分布,实现了起弧的稳定成形。该研究通过试验分析发现,焊接电流是影响穿孔加热过程及温度场分布状态的决定因素,离子气流量在焊接加热过程中主要影响穿孔时间。焊接电流和离子气流量对未穿透阶段熔池深度和小孔形状的影响同等重要。通过调节起弧程序,使穿孔时刻小孔周围的温度场分布接近优良焊缝的稳态温度场分布,并保证送丝时刻提前于穿孔时刻1~2s,可实现起弧段的稳定过渡及成形控制。

Chen 等[15] 发现,动态控制等离子焊接可以在保证焊透的情况下,通过控制峰值电流和基态电流使得等离子弧焊在穿孔型焊接和熔透型焊接之间转换,从而在最小的热输入条件下满足焊缝使用条件。与常规等离子焊接相比,由于热输入减少,接头熔合区减小而且晶粒尺寸减小,虽然微观结构变化不大但焊缝中先析出的β相晶粒大幅度减少,从而使马氏体的形成得到抑制,焊接接头具有更好的韧性和更高的硬度。

3 真空电子束焊

真空电子束焊非常适合钛及钛合金的焊接。这主要是因为它具有一系列的优点:焊接冶金质量好、焊缝窄、深宽比大、焊接角变形小、焊缝及热影响区晶粒细此处省略...好些字,请登录

分类 : 钛合金 钨极氩弧焊 等离子弧焊 真空电子束焊 激光焊 扩散焊 钎焊 搅拌摩擦焊

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