钛合金焊接工艺学习教案

1、会计学1钛合金焊接钛合金焊接(hnji)工艺工艺第一页，共11页。工业纯钛（工业纯钛（ TA1，TA2，TA3）Ti在在885以下为密排六方以下为密排六方钛合金钛合金Ti在在885以上为体心立方以上为体心立方钛合金钛合金Ti在在885发生同素异构转变发生同素异构转变纯钛中杂质：纯钛中杂质：H、O、Fe、Si、C、N等等O、N、H形成间隙固溶体，形成间隙固溶体，Fe、Si等形成置换固溶体，固等形成置换固溶体，固溶强化溶强化(qinghu)（强度、硬度提高，塑性、韧性下降），（强度、硬度提高，塑性、韧性下降），但但H使钛的冲击韧性急剧下降，氢脆。使钛的冲击韧性急剧下降，氢脆。第2页/共11页第二页

2、，共11页。钛合金钛合金钛合金：加入钛合金：加入Al、稳定、稳定相，中性元素相，中性元素Sn、Zr。加入加入Al 5，再结晶温度，再结晶温度600 800 ，耐热性提高，耐热性提高，减少减少H的敏感性，过多的敏感性，过多(u du)（7），），Ti3Al相相脆性脆性。钛合金高温强度高、韧性好，抗氧化能力强，焊接性好，钛合金高温强度高、韧性好，抗氧化能力强，焊接性好，组织稳定，但加工性比组织稳定，但加工性比钛合金和钛合金和钛合金差，不同进行钛合金差，不同进行热处理强化，只是热处理强化，只是600 700 退火消除加工硬化，退火消除加工硬化， 500 600 不完全退火消除焊接残余应力。不完全退火

3、消除焊接残余应力。钛合金：含有钛合金：含有稳定元素，含稳定元素，含Mo、V、Cr。通过时效热处。通过时效热处理，单一相加工性能良好，但高温性能差，焊接性很差，理，单一相加工性能良好，但高温性能差，焊接性很差，易于形成冷裂纹，焊接结构中很少用。易于形成冷裂纹，焊接结构中很少用。1、钛合金特点、钛合金特点(tdin)、分类及性能、分类及性能第3页/共11页第三页，共11页。钛合金钛合金钛合金：两相，含有钛合金：两相，含有Al，稳定，稳定相，中性元素相，中性元素Sn、Zr， 相稳相稳定元素（定元素（6）。）。具有具有和和相的优点，即高温变形能力和热加工性，又可热处理提相的优点，即高温变形能力和热加工

4、性，又可热处理提高强度。高强度。TC4（Ti6Al4V）是广泛应用的）是广泛应用的钛合金，不同热处理下两相比钛合金，不同热处理下两相比例、性质、形态不同。具有良好的压力例、性质、形态不同。具有良好的压力(yl)加工性和焊接性。加工性和焊接性。1、钛合金特点、钛合金特点(tdin)、分类及性能、分类及性能第4页/共11页第四页，共11页。国外在国外在20 世纪世纪50年代就开始进行研究年代就开始进行研究. 美国在美国在1956 年第一次对钛与钢直接进行点焊年第一次对钛与钢直接进行点焊,由于接头发脆没有成功。由于接头发脆没有成功。一般认为铁在一般认为铁在-Ti 中溶解度极小中溶解度极小,这样在钛这

5、样在钛-铁焊缝中除了有铁在铁焊缝中除了有铁在-Ti 中的固溶体外中的固溶体外,还形成了脆性的还形成了脆性的TiFe 型型-金属间化合物金属间化合物,这些相的硬度达这些相的硬度达Hv600 ,有的甚至到有的甚至到Hv8001050 ,致使焊缝发脆致使焊缝发脆,在冷却过程中形成裂纹在冷却过程中形成裂纹,TiFe 型及型及TiC 等脆性相是导致焊缝等脆性相是导致焊缝开裂的主要原因。开裂的主要原因。为使钛与铁能焊在一起为使钛与铁能焊在一起,必须在焊接过程中避免必须在焊接过程中避免(bmin)产生这些脆性相产生这些脆性相,解决这个问解决这个问题的途径可以归纳为以下几种题的途径可以归纳为以下几种: (1)

6、 用一种与钛、铁两元素能形成连续的或宽范围固溶体的金属来直接进行焊接用一种与钛、铁两元素能形成连续的或宽范围固溶体的金属来直接进行焊接; (2) 用一种或两种与钛、铁两元素有好的可焊性的金属作为中间填料用一种或两种与钛、铁两元素有好的可焊性的金属作为中间填料,使钛与钢间接地使钛与钢间接地焊接起来焊接起来; (3) 采用低于钛、铁熔点的焊接方法。采用低于钛、铁熔点的焊接方法。2、钛及钛合金焊接、钛及钛合金焊接(hnji)特点特点第5页/共11页第五页，共11页。 接头区脆化：接头区脆化：540以上，氧化膜疏松以上，氧化膜疏松(sh sn)，与，与O、N、H等反应快，接头塑性韧性降低。等反应快，接

7、头塑性韧性降低。300 以上吸以上吸H，600 以上吸以上吸O，700 以上吸以上吸N，O、高温固溶，强度提高，塑性下降；、高温固溶，强度提高，塑性下降；N会形成脆性相会形成脆性相TiN。H是是相稳定元素，相稳定元素，325 发生共析反应：发生共析反应： （TiH2），片状或针状存在，裂纹源，降低塑性和韧性，），片状或针状存在，裂纹源，降低塑性和韧性，焊接中严格控制焊接中严格控制H来源。来源。2、钛及钛合金焊接、钛及钛合金焊接(hnji)特点特点第6页/共11页第六页，共11页。 接头区脆化：接头区脆化： 常温时，常温时，C 在在钛中溶解度钛中溶解度0.13，间隙固溶，强度提高，塑性下降，间隙

8、固溶，强度提高，塑性下降。饱和析出。饱和析出TiC，网状分布，塑性降低，焊接裂纹。，网状分布，塑性降低，焊接裂纹。 所以，所以，C0.1. 合金合金(hjn)元素：元素：Al、Ni、Si、Nb、Cr、Mn、Mo等。等。焊接时采用高纯度惰性气体或无氧氟氯化物焊剂焊接时采用高纯度惰性气体或无氧氟氯化物焊剂2、钛及钛合金焊接、钛及钛合金焊接(hnji)特点特点第7页/共11页第七页，共11页。 焊接裂纹：焊接裂纹： 熔点高，热容量大，导热性差，形成的熔池大，焊缝熔点高，热容量大，导热性差，形成的熔池大，焊缝(hn fn)和热影响和热影响区金属高温停留时间长，晶粒长大，降低接头塑性和韧性，易于产生焊区

9、金属高温停留时间长，晶粒长大，降低接头塑性和韧性，易于产生焊接裂纹。接裂纹。O、H、N多时，焊缝多时，焊缝(hn fn)和和HAZ变脆，易于产生冷裂纹，延迟裂纹变脆，易于产生冷裂纹，延迟裂纹焊缝焊缝(hn fn)气孔：气孔：氩气、母材、焊丝中氩气、母材、焊丝中O2、N2、H2、CO2、H2O都可以引起气孔都可以引起气孔其中其中H是形成气孔的组要气体。是形成气孔的组要气体。措施：加强清理（机械清理和化学清理），缩短焊接时间，良好的焊接工措施：加强清理（机械清理和化学清理），缩短焊接时间，良好的焊接工艺等。艺等。2、钛及钛合金焊接、钛及钛合金焊接(hnji)特点特点第8页/共11页第八页，共11页

10、。 钛及钛合金密度小，强度高，良好的塑性和韧性，足够的抗腐蚀性钛及钛合金密度小，强度高，良好的塑性和韧性，足够的抗腐蚀性和高温强度，最为突出的特点是比强度高。和高温强度，最为突出的特点是比强度高。 因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工业生产中得到了广泛因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工业生产中得到了广泛应用，尤其是钢应用，尤其是钢+铁的双金属焊接铁的双金属焊接(hnji)结构应用更为广泛。结构应用更为广泛。 因此，对钢与钛焊接因此，对钢与钛焊接(hnji)的研究更为迫切。的研究更为迫切。 2、钛及钛合金焊接、钛及钛合金焊接(hnji)特点特点第9页/共11页第九页，共11页。 图图12所示为铁钛合金状态图。铁在钛中的溶解度极低，焊接时焊所示为铁钛合金状态图。铁在钛中的溶解度极低，焊接时焊缝金属中容易形成金属间化合物缝金属中容易形成金属间化合物FeTi、Fe2Ti，使接头金属塑性严，使接头金属塑性严重下降，脆性增加。与不锈钢焊接时，钛还会与重下降，脆性增加。与不锈钢焊接时，钛还会与Fe、Cr、Ni形成更形成更加复杂的金属间化合物，使焊缝严重脆化，甚至产生裂纹、气孔。加复杂的金属间化