钛合金的焊接工艺评定

科技创新与应用

2018年30期钛合金的焊接工艺评定姜玉慧1，赵

锋2

（1.烟台台海玛努尔核电设备有限公司，山东烟台264000；2.法拉斯特自动化科技扬州有限公司，江苏扬州225002）

摘焊接性和一要：钛合金容器，主材选用TA2合金，钛合金的最大优点是比强度大，综合性能优越，又具有较好的耐腐蚀韧性、

定的耐热性，广泛用于宇航、舰船、兵器及化工领域。为确定合理的焊接工艺，保证焊接接头的理化性能完全满足产品要求。

焊接工艺关键词：钛合金；焊接特性；中图分类号院TG457

文献标志码院A

文章编号院2095-2945渊2018冤30-0110-02

strength,excellentcomprehensiveproperties,goodcorrosionresistance,weldabilityandheatresistance.Itiswidelyusedinaerospace,propertiesofweldedjointsfullymeettheproductrequirements.

Keywords:titaniumalloy;weldingcharacteristics;weldingprocess

Abstract:TitaniumalloyvesselismainlymadeofTA2alloy.Thebiggestadvantageoftitaniumalloyisitshighspecific

ships,weaponsandchemicalindustry,inordertodetermineareasonableweldingprocessandensurethatthephysicalandchemical

前言

为确定合理的焊接工艺，保证焊接接头的理化性能完全满足产品要求，需要对其工艺进行评定。

本次所做的焊接试验是以牌号为TA2的工业纯钛进行研究，工业纯钛为不含合金元素的琢钛，不能通过热处理强化，共有TA1、TA2和TA3三个牌号，他们之间的区别在于氧、氮、碳、氢等杂质的含量不同，按牌号尾数依次杂质增多，强度也依次增加，而塑形则依次下降。工业纯钛常温强度较低，但塑形、韧性好，特别是低温冲击韧性很好，而且有优良的耐腐蚀性，很适用于工作在350益以下强度要求不高的耐蚀场合。

1材料性能分析1.1材料化学成分

TA2板材是根据GB/T3621-2007S生产，退火条件供货，其化学成分见表1。

1.2材料的力学性能通过力学性能试验，TA2的常温力学性能指标见表2。1.3材料的焊接特性

1.3.1易受气体等杂质污染而脆化常温下钛比较稳定，与氧生产致密的氧化膜具有高的耐腐蚀性。但在540益以上高温生成的氧化膜则不致密，随

水分、油脂等污染，氮、着温度升高容易被空气、吸收氧、

表2TA2的力学性能

项目 标准 复验 抗拉强度 屈服强度 伸长率 冷弯180° /MPa ≥400 425 /MPa 290 /（%） 30 d=10a --- 合格 275:450 ≥25

碳等，氢、降低焊接接头的塑性和韧性。在融化状态下尤其

严重，因此，焊接时对熔池及温度超过400益的焊缝和热影响区都需要加以妥善保护。

1.3.2焊接接头晶粒易粗化

导热性差，由于钛的熔点高、热容量大、焊缝及近缝区

容易产生晶粒长大，引起塑形和断裂韧度降低。因此，焊接时对焊接热输入要严格控制，一般用小电流，快速焊。

1.3.3焊缝有形成气孔倾向

气孔是较为常见的缺陷。形成的因素很多，也很复杂，防止焊缝气孔的关键就是杜绝有害气体的一切来源，防止焊接区被污染。

1.3.4容易形成冷裂纹

防止焊接裂纹的措施，主要是避免氢的有害作用，减少和消除焊接应力。

2焊接工艺试验2.1焊材选用

按照化学成分匹配、强度匹配和表1TA2化学成分（质量分数）%

等塑、等韧的原则，相关规范推荐，并

其他 其他 综合考虑其他因素后，焊丝选用椎1.6元素 Ti Al Sn Mo Pb Ni Si B Fe C N H O

单一 全部 的ERTA2ELI焊丝，其焊丝的化学成

标准 余量-- -- -- -- -- -- -- 0.300.080.03 0.015 0.25 0.10 0.40 分见表3。复验 复验/ / / / / / / 0.150.050.018 0.007 0.06 ＜0.1 ＜0.4 2.2焊接工艺参数

（1975，工程师，焊接工艺和技术。作者简介：姜玉慧06-），女，山东烟台人，本科，烟台台海玛努尔核电设备有限公司，-110-

2018年30期TechnologyInnovationandApplication

科技创新与应用

工艺创新表3试验用焊材化学成分（质量分数）

项目 TA Al Sn C Fe O N H ≤0.008 V Ni -- -- 标准 基 -- -- ≤0.03 ≤0.12 0.08-0.16 ≤0.015 测试 余 -- -- 0.02 0.03 焊层 点焊 1 2-5 6 焊接 方法 牌号 填充材料 直径 0.09 0.010 0.004 -- -- 表4氩弧焊焊接工艺参数

焊接电流 极性 电弧电焊接速度≥7 ≥9 电流 A 压V cm/min GTAW ERTA2ELIφ1.6 GTAW ERTA2ELIφ1.6 GTAW ERTA2ELIφ1.6 GTAW ERTA2ELIφ1.6 Ce-W, φ2.4 高纯氩 直流正接 90-110 10-11 直流正接 100-12010-13 直流正接 100-13010-13 ≥11 直流正接 100-13010-13 ≥11 喷嘴直径 φ10 12-15 钨极类型及直径保护气体 Ar 道间温度/℃

气体种类气体纯度（体积分数）气体流量/（L/Min） ≥99.9992% ＜100 表5焊缝金属拉伸性能试验结果

编号 1 2 宽度 厚度 横截面积 断裂载 抗拉强 /mm /mm /mm 2荷/kN 度/MPa 87.5 88.0 433 437 断裂部位和特征 韧性断裂于母材 韧性断裂于母材 19.96 10.13 202.19 19.94 10.10 201.39 表6焊缝金属弯曲性能试验结果

编号 试样类型 试样厚度/mm 弯芯直径/mm 弯曲角度/° 试验结果 4 5 6 7 面弯 面弯 背弯 背弯 10 10 10 10 40 40 40 40 180 180 180 180 合格 合格 合格 合格 （3）正面保护工装在不影

响焊工操作的情况下，要尽量靠近焊枪，以保证高温状态下的焊缝金属在氩气的保护下以免被氧化。

（4）始终保证高温焊缝金属在氩气的保护之下直到焊缝金属温度降到200益以下。

（5）焊枪尽量不做横向摆动或者需要摆动时，频率要低，幅度要小，防止熔池脱离氩气保护而被氧化。

3试验结果

试件焊接完成后，按照JB/T4730-2005《承压容器无损检测》进行X射线探伤，结果表明此次焊接试件均为II级合格。根据NB/T47016-2011进行力学性能检测，其测试结果见表5-6。

通过上述测试结果与钛2合金原标准要求进行对比，此次焊接试件的性能完全符合标准要求，焊接工艺评定合格。

4结束语（1）钛合金焊接需要的保护气体纯度要求高，防氧化区域及防护温度区间大，故保护工装需要特殊设计。

（2）钛合金焊接要严格控制热输入及道间温度，防止氧化。

（3）钛合金焊接过程严格控制后，焊接性能能够保证产品的要求。参考文献院

选用的设备型号为松下YC-400TX电焊机，焊接过程

中必须严格控制焊接热输入，焊接工艺参数为表4，同时道间温度控制在80益以下。

2.3焊接操作要点

油污及（1）焊前彻底清理母材和焊丝要表面的脏物、

拉丝润滑剂等有可能成为焊缝污染源的杂质。

（2）在不影响视线和加焊丝的情况下，尽量降低喷嘴与工件的距离。

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