鈦板焊接中裂紋缺陷產(chǎn)生的原因及工藝預防措施

鈦板具有耐腐蝕性及無毒性，廣泛用于飛機制造，航天工業(yè),機械制造業(yè) ，眼鏡架，高爾夫球桿，超級運動自行車，鈦制人造骨頭，軍事，化工，制藥，醫(yī)療等行業(yè)。    

1、氣體污染問題

(1)做好焊前準備。嚴格清洗焊縫表面，杜絕氫、氧、氮的侵入。

(2)選用精確的氬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為準，氬氣流量大小對保護有著相當?shù)挠绊?，過大的流量不容易形成穩(wěn)定的氣流層，反而在保護區(qū)內(nèi)形成紊流，使有害氣體浸入熔池，使焊縫表面容易出現(xiàn)微裂紋。過小的氣流使保護不到位，達不到保護效果，拖罩中的氬氣流量不足時，焊縫呈現(xiàn)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氬氣保護區(qū)；斷弧及焊縫收尾時，要繼續(xù)通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到100℃以下時方可移開焊槍。

2、焊接接頭裂紋問題

鈦焊接時，焊接接頭產(chǎn)生熱裂紋的可能性很小，這是因為鈦及鈦合金中S、P、C等雜質(zhì)含量很少，由S、P形成的低熔點共晶不易在晶界出現(xiàn)，加之有效結(jié)晶溫度區(qū)間窄小，鈦及鈦合金凝固時收縮量小，焊縫金屬不會產(chǎn)生熱裂紋。

鈦焊接時，熱影響區(qū)可出現(xiàn)冷裂紋，其特征是裂紋產(chǎn)生在焊后數(shù)小時甚至更長時間。經(jīng)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。防止這種延遲裂紋產(chǎn)生的辦法，主要是減少焊接接頭氫、碳的來源，焊前對焊縫區(qū)域進行保護清理，防止有害雜質(zhì)玷污。

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(shù)、快速焊。冷卻速度控制在100℃/s左右最好。

3、焊縫中的氣孔問題

氣孔是鈦材焊接是比較容易產(chǎn)生的缺陷，主要原因是由于氫影響的結(jié)果。板材、焊材表面不干凈，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。

防止產(chǎn)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污等有機物。

(3)對熔池施以良好的氣體保護，控制好氬氣的流量及流速，防止產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，影響保護效果。

(4) 正確選擇焊接工藝參數(shù)，增加熔池焊縫金屬停留時間，使氣泡逸出，可有效地減少氣孔。

(5)焊接時采用小的熱輸入，最好采用脈沖氬弧焊，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，減小了氣孔的產(chǎn)生。

4、焊前準備

在鈦材的焊接現(xiàn)場最好單獨劃分出一塊區(qū)域，非專業(yè)人員不得入內(nèi)，以保護該區(qū)域的潔凈，所有施焊人員應穿干凈工作服，戴針織手套或薄羊皮手套，不能戴棉線手套，進入罐內(nèi)施焊，鞋要套上鞋套。

坡口及其兩側(cè)各50mm以內(nèi)的內(nèi)外表面及焊絲表面應清除油污，并用細銼奧氏體不銹鋼絲刷、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，并保持清潔；經(jīng)機械清理后的表面，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(zhì)纖維附于坡口表面。根據(jù)技術(shù)要求，焊前對施焊環(huán)境作了“菲繞琳”試驗，在焊縫周圍做了“鐵離子”污染試驗，經(jīng)試驗合格后才進行施焊。

清洗質(zhì)量的好壞會直接影響到焊接裂紋的產(chǎn)生，清洗質(zhì)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產(chǎn)生，因此清洗時要注意以下幾點：

①先采用酸洗。酸洗液為2%~4%HF+30%~40%HN03+H20(余量)。最后用清水沖洗干凈并吹干，臨焊前用丙酮或酒精擦洗。

②焊絲在酸洗后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(fā)生反應使焊縫產(chǎn)生氣孔。

⑤清洗后的焊口

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。

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

5、鈦手工鎢極氬弧焊操作要領(lǐng)

1)手工氬弧焊時，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(wěn)、均勻的送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護區(qū)。

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，以防止影響氬氣的保護。

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

4)清洗質(zhì)量的好壞會直接影響到焊接裂紋的產(chǎn)生，清洗質(zhì)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產(chǎn)生。

6、工藝參數(shù)的選擇依據(jù)

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，焊縫周圍易產(chǎn)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，焊接電流為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，常用的氬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)焊接速度鈦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(jīng)試驗，焊接電流在130-140A時，焊接速度為160-170mm/min較合適。 

4)氬氣流量的確定

鈦在焊接時熔池后面的焊縫區(qū)100mm內(nèi)(包括焊縫和熱影響區(qū)正反面)全部要在氬氣保護氛圍內(nèi)進行冷卻，否則焊縫就要氧化變色，使性能下降。經(jīng)現(xiàn)場試驗調(diào)整，最終確定的氬氣流量為：噴嘴10-11L/min、托罩12-13L/min、背面3-5L/min。

5) 鈦板氬弧焊選用具有下降外特性、高頻引弧的直流氬弧焊電源，鎢極端部應修磨成圓錐形，采用水平轉(zhuǎn)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、污染。

7、裝配

為了減少焊接變形，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(shù)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(cè)各20mm范圍內(nèi)的氧化層、油污、水分、銹蝕等，且應由合格焊工施焊，定位焊焊在基層焊縫上，焊縫長度宜為10一15mm，間距為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(fā)現(xiàn)缺陷時應及時消除。