钛及钛合金的焊接

钛及钛合金的焊接-钛的十大性能1密度小，比强度高金属钛的密度为4.51g/cm3,高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度位于金属之首。2、 耐腐蚀性能钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315°C以下钛的氧化膜始终保持这一特性。为了提高钛的耐蚀性，研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处理等表面处理技术，对钛的氧化膜起到了增强保护性作用，获得了所希望的耐腐蚀效果。针对在硫酸、盐酸、甲胺溶液、高温湿氯气和高温氯化物等生产中对金属材料的需要，开发出钛-钼、钛-钯、钛-钼-镍等一系列耐蚀钛合金。钛铸件使用了钛-32钼合金，对常发生缝隙腐蚀或点蚀的环境使用了钛-0.3钼-0.8镍合金或钛设备的局部使用了钛-0.2钯合金，均获得了很好的使用效果。3、 耐热性能好新型钛合金可在600C或更高的温度下长期使用。4、 耐低温性能好钛合金TA7(Ti-5Al-2.5Sn),TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金，其强度随温度的降低而提高，但塑性变化却不大。在-196-253C低温下保持较好的延性及韧性，避免了金属冷脆性，是低温容器，贮箱等设备的理想材料。5、 抗阻尼性能强金属钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。利用钛的这一性能可作音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。6、 无磁性、无毒钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化,无毒且与人体组织及血液有好的相溶性，所以被医疗界采用。7、 抗拉强度与其屈服强度接近钛的这一性能说明了其屈强比(抗拉强度/屈服强度)高，表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。8、 换热性能好金属钛的导热系数虽然比碳钢和铜低，但由于钛优异的耐腐蚀性能，所以壁厚可以大大减薄，而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝，减少了热组，太表面不结垢也可减少热阻，使钛的换热性能显著提咼。9、 弹性模量低钛的弹性模量在常温时为106.4GMPa，为钢的57%。10、 吸气性能钛是一种化学性质非常活泼的金属，在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛吸气主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。二钛及钛合金的特性、用途纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g/cm3，比钢轻43%,比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K,比黄金高近1000K,比钢高近500K。钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与02、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。钛具有“亲生物“'性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。钛在人体中分布广泛，正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg，其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞，使免疫力增强这一作用已被证实。三钛的化合物及用途重要的钛化合物有：二氧化钛(TiO2)、四氯化钛(TiCl4)、偏钛酸钡(BaTiO3)。纯净的二氧化钛是白色粉末，是优良的白色颜料，商品名称'钛白”。它兼有铅白(PbCO3)的遮盖性能和锌白(ZnO)的持久性能。因此，人们常把钛白加在油漆中，制成高级白色油漆；在造纸工业中作为填充剂加在纸桨中；纺织工业中作为人造纤维的消光剂；在玻璃、陶瓷、搪瓷工业上作为添加剂，改善其性能；在许多化学反应中用作催化剂。在化学工业日益发展的今天，二氧化钛及钛系化合物作为精细化工产品，有着很高的附加价值，前景十分诱人。四氯化钛是一种无色液体；熔点250K、沸点409K，有制激性气味。它在水中或潮湿的空气中都极易水解，冒出大量的白烟。TiCl4+3H2O==H2TiO3+4HCl因此TiCl4在军事上作为人造烟雾剂，犹其是用在海洋战争中。在农业上，人们用TiCl4形成的浓雾复盖地面，减少夜间地面热量的散失，保护蔬菜和农作物不受严寒、霜冻的危害。将TiO2和BaCO3一起熔融制得偏钛酸钡：TiO2+BaCO3==BaTiO3十CO2人工制得的BaTiO3具有高的介电常数，由它制成的电容器有较大的容量，更重要的是BaTiO3具有显著的“压电性能”，其晶体受压会产生电流，一通电，又会改变形状。人们把它置于超声波中，它受压便产生电流，通过测量电流强弱可测出超声波强弱。几乎所有的超声波仪器中都要用到它。随着钛酸盐的开发利用，它愈来愈广泛地用来制造非线性元件、介质放大器、电子计算机记忆元件、微型电容器、电镀材料、航空材料、强磁、半导体材料、光学仪器、试剂等。钛、钛合金及钛化合物的优良性能促使人类迫切需要它们。然而，生产成本之高，使应用受到限制。我们相信在不久的将来，随着钛的治炼技术不断改进和提高，钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大的发展。四钛的三大功能功能材料是以物理性能为主的工程材料，即在电、磁、声、光、热等方面具有的特殊性质，或在其作用下表现出特殊功能的材料。对钛和钛合金的研究已发现其有三种特殊功能有应用前途：1、 记忆功能钛-镍合金在一定环境温度下具有单向、双向和全方位的记忆效应，被公认是最佳记忆合金。在工程上做管接头用于战斗机的油压系统；石油联合企业的输油管路系统；直径0.5mm丝做成的直径500mm抛物网状天线用于宇航飞行器上；在医学工程上用于制作鼾症治疗；制成螺钉用于骨折愈合等。上述应用均获得了明显效果。2、 超导功能铌-钛合金在温度低于临界温度时，呈现出零电阻的超导功能。3、 贮氢功能钛-铁合金具有吸氢的特性，把大量的氢安全的贮存起来，在一定的环境中又把氢释放出来。这在氢气分离、氢气净化、氢气贮存及运输、制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面应用很有前途。五钛的化学性质钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。各种元素，按其与钛发生不同反应可分为四类：第一类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物；第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体;第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体；第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外），锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。与化合物的反应：HF和氟化物氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4,反应式为（1）；不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜,可防止HF浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强熔剂。即使是浓度为1%的氢氟酸，也能与钛发生激烈反应，见式（2）；无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应，仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡（1）2Ti+6HF=2TiF4+3H2（2）HCl和氯化物氯化氢气体能腐蚀金属钛，干燥的氯化氢在＞300°C时与钛反应生成TiCl4,见式（3）;浓度＜5%的盐酸在室温下不与钛反应，20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiC13,见式（4）;当温度长高时，即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物，如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4离子及其水溶液，都不与钛发生反应，钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。Ti+4HCl=TiC14+2H2+94.75千卡（3）2Ti+6HCl=TiC13+3H2（4）◊硫酸和硫化氢钛与＜5%的稀硫酸反应后在钛表面上生成保护性氧化膜，可保护钛不被稀酸继续腐蚀。但＞5%的硫酸与钛有明显的反应，在常温下，约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于40%，达到60%时腐蚀速度反而变慢，80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛，见式（5）,（6），加热的浓硫酸可被钛还原，生成SO2，见式（7）。常温下钛与硫化氢反应，在其表面生成一层保护膜，可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下，硫化氢与钛反应析出氢，见式（8）,粉末钛在600°C开始与硫化氢反应生成钛的硫化物，在900C时反应产物主要为TiS,1200C时为Ti2S3。Ti+H2SO4=TiSO4+H2（5）2Ti+3H2SO4=Ti2（SO4）3+H2（6）2Ti+6H2SO4=Ti2（SO4）3+3SO2+6H2O+202千卡（7）Ti+H2S=TiS+H2+70千卡⑻◊硝酸和王水致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性,这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜，但是表面粗糙，特别是海绵钛或粉末钛，可与次、热稀硝酸发生反应，见式（9）、（10），高于70C的浓硝酸也可与钛发生反应，见式（11）；常温下，钛不与王水反应。温度高时，钛可与王水反应生成TiC12。3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO（9）3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO（10）Ti+8HNO3=Ti（NO3）4+4NO2+4H2O（11）综上所述，钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的，但是，粉末钛在空气中可引起自燃。钛中杂质的存在，显著的影响钛的物理、化学性能、机械性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙杂质，它们可以使钛晶格发生畸变，而影响钛的的各种性能。常温下钛的化学活性很小，能与氢氟酸等少数几种物质发生反应，但温度增加时钛的活性迅速增加，特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应。钛的冶炼过程一般都在800C以上的高温下进行，因此必须在真空中或在惰性气氛保护下操作。六钛的物理性质钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20C），熔点1668±4C，熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子，沸点3260±20C，汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子，临界温度4350C，临界压力1130大气压。钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为0.38-0.4K。在25C时，钛的热容为0.126卡/克原子•度，热焓1149卡/克原子，熵为7.33卡/克原子•度，金属钛是顺磁性物质，导磁率为1.00004。钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%，但强度低，不宜作结构材料。钛中杂质的存在，对其机械性能影响极大，特别是间隙杂质（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。七钛及钛合金的应用情况钛别牌号主要特性用途举例碘法钛TAD这是以碘化物法所获得的高纯度钛，故称碘法钛，或称化学纯钛。但是，其中仍然还有氧•氮•碳•这类间隙杂质元素，它们对纯钛的力学性能影响很大。随着钛的纯度提高，钛的强度、硬度明显下降。故起特点是：化学性稳定性很好，但强度很底。由于高纯度的钛强度较低，它作为结构材料应用意义不大，故在工业中很少用。目前在工业中广泛使用的是工业纯钛和钛合金。工业纯钛TA1TA2TA3工业纯钛与化学纯钛不同之处是：它含有较多的氧•氮•碳及多种其它杂志元素（如铁•硅等），它实质上是一种低合金含量的钛合金。与化学纯钛相（1）主要用作工作温度360度以下，受力不大但要求高塑性的冲压件和耐蚀结构零件，例如：飞机的骨架个皮，发动

比，由于含有较多的杂志元素使其强度大大提高，它的力学性能与化学性与不锈钢相似（但和钛合金相比，强度仍然较低）工业纯钛的特点是：强度不高，但塑性好，易于加工成行，冲压、焊接、可切割加工性能良好；在大气，海水•湿氯气及氧化性、中性、弱还原性介质中具有良好的耐蚀性，抗氧化性优于大多数臭固体不锈钢但耐热性较差，使用温度不太高。工业纯钛按其杂质含量的不同，分为TA1.TA2和TA3三个牌号。这三种工业纯钛的间隙杂质元素是逐渐增加的，故其机械强度和硬度也随之逐级增加，但塑性•韧性相应下降。工业上常用的纯钛是TA2,因其耐蚀性能和综合力学性能适中。对耐腐和强度要求较高时可采用TA3。对要求较好的成型性能时可采用TA1。机附件，船舶用耐海水腐蚀管道、阀门、泵及水带•海水淡化系统零部件，化工上的热交换器•泵体、蒸馏塔、冷却器、搅拌器、三通、叶轮、坚固件、离子泵、压缩机气阀以及柴油发动机活塞、连杆、叶簧等。（2）TA1.TA2在铁含量为0.095%.氧含量为0.08%.氢含量为0.0009%.氮含量为0.0062%时，具有很好的低温韧性和高的低温强度，可用作-259C以下的低温结构材料。a型钛合金TA4这类合金在室温和使用温度下有a型单相态，不能热处理强化（追灭是唯一的处理方式），,主要依靠固溶强化。室温强度一般低于0型和a+0型钛合金（但高于工业纯钛），而在高温（500°C—600°C）下的强度和蜕变，强度却是三类钛合金中最高的，且组织稳定，抗氧化性和焊接性能好，耐蚀性和可切削加工性能也较好，但塑性低（热塑性仍然良好）室温冲压性能差。其中使用最广的是TA7,它在退火状态下具有中等强度和足够的塑性,焊接性能良好，可在500C以下使用，当其间隙杂质元素（氧、氢、氮等）含量极低时，再超低温时还具有良好的韧性和综合力学性能，是优良的超低温合金之一。抗拉强度比工业纯钛稍高，可做中等强度范围的结构材料，国内主要用作焊丝。TA5TA6用于400C以下在腐蚀介质中工作的零件及焊接件，如飞机才皮，骨架零件，压气机壳体、叶片、船舶零件等。TA7500C以下长期工作的结构零件和各种模锻件，短时使用可到900C。亦可用作超低温（-233C）部件（如超低温用的容器）。TA8500C长期工作的零件，可用于制造发动机压气机盘和叶片。但合金的组织稳定性较差。在使用上受到一定限制。0型钛合金TB2这类合金的的主要合金元素是钼、铬、钒等0稳定性化元素•在正火或级火时很容易将高温0相保留到室温，获得介稳定的0单相组织，故称0型钛合金。0型钛合金可热处理强化，有较高的强度，焊接性能和压力加工性能良好；但性能不够稳定，熔炼工艺复杂，故应用不如a型、a+0型钛合金广泛。在350C以下工作的零件，主要用于制造各种整体热处理（固容.时效）的板材冲压件和焊接件；如压气机叶片、轮盘、轴类等重载荷旋转件，以及飞机的构件等。TB2的合金一般在固溶处理状态下交货，再固容，时效后使用。a+0型钛合金TC1TC2这类合金在高温是a+0型两相组织，因而得名为a+0型钛合金。它具有良好的综合力学性能，大多可热处理强化（但TCI、TC2、TC7不能热处理强化），锻造、冲压及焊接性能较好，可切削加工，室温强度高。150—500度以下且有较好的耐热性,有的（如TC1、TC2、TC3、TC4）并有良好的低温韧性和良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀能力。缺点八钛及钛合金力学性能&1标准要求的力学性能（1） 标准所列力学性能是在一定状态下的力学性能：钛材一般为退火态（2） 标准所列力学性能是某一取样方向上的力学性能；管带棒均为纵向力学性能；板为横向力学性能，锻件为相应方向力学性能；（3） 标准所列力学性能仅指一定尺寸范围内的力学性能；超过尺寸范围的力学性能在订货时应协议解决，我国钛板力学性能仅限于10mm以内，TA2为25mm以内，美国钛板则为25mm以内，德国为35mm以内；（4） 钛的屈服点不明显，我国规定以“规定残余伸长应力”作为指标；（5） 钛板弯曲试验的方法：A规定一定的弯曲角，根据钛板不同牌号与厚度，规定不同的弯曲直径与板厚的比值（美、德、日、英用此法）；B规定一定的弯曲直径与板厚比值，然后根据不同牌号和厚度，规定不同的弯曲角（中、俄用）；（6） 钛材标准中，一般不考核钛材的冲击韧性，（俄罗斯有规定）&2工业纯钛的力学性能（1）常温抗拉性能特点A拉身曲线没有明显的物理屈服现象；B屈服强度非常接近于抗拉强度；C屈服强度与抗拉强度的比值随强度的增加而增大抗拉强度400MPA屈强比 0.75；抗拉强度700MPA屈强比0.85D工业纯钛的屈强比比相同强度级别的碳钢、低合金钢、不锈钢高的多项目钛碳钢低合金钢不锈钢屈服强度抗拉强度屈强比E钛对拉伸试验时的拉伸速度敏感性很大，拉伸速度提高，抗拉强度上升，延伸率和断面收缩率下降；F冲击韧性与材料所含的氢、氧、氮等杂质含量有关；（2） 温度对力学性能的影响工业纯钛的抗拉强度极其他力学性能随温度的变化较碳钢的大，温度升高，抗拉强度和屈服强度都急剧下降，在250-300°C左右，抗拉强度和屈服强度均为常温时的一半；钛的塑性与温度有特殊的关系，在200C以内，伸长率随温度的上升而提高，200-500C升温，伸长率岁温度上升反而下降并降到最低值，随后又随温度上升而急剧上升；纯度高的工业纯钛无低温脆性现象，在低温下冲击韧性反而增高，强度和屈服强度提高，延伸率急剧下降；（3） 蠕变性能在300C以内，工业纯钛的长期持久极限值较相应温度下的屈服强度高，断裂时间很长或不发生断裂；当温度等于300C时，持久断裂的试验应力值与断裂时间关系不大即为临界应力值；当温度大于300C时，持久断裂应力值与断裂时间关系密切，随断裂时间延长，持久极限值急剧下降；（4） 抗疲劳性能工业纯钛具有较高的疲劳强度；常温时旋转弯曲疲劳强度/抗拉强度等于0.592-0.646,而一般碳钢为0.35-0.50；钛的缺口敏感性比一般碳钢要低一些；硬度值与抗拉强度及屈服强度有较好的对应关系（直线型）；温度升高，硬度降低；工业纯钛在室温下冲击韧性为13.7-20.6J，其值较低；在-196C约为&14—9.6J,随温度上升，冲

击功迅速上升;牌号室温力学性能，？不小于高温力学性能，’?不小于抗拉强度ObMPa屈服强度O0.2MPa伸长率65%收缩率屮%冲击值akJ/cde试验温度°C抗拉强度ObMPa持久强度O100MPaT―???TA24413732040――???TA35394611535――???TA5686――154058.8???TA6686――102729.4350422392TA7785――102729.4350490441TC1588――153044.1350343324TC2686――123039.2350422392TC4902824103039.2400618569TC6981――102329.4400736667TC91059――92529.4500785588TC101030――1225~3034.3400834785TC111030――103029.4500686588九钛金属的主要物理性能名称单位数据名称单位数据原子序数22比热八、、卡/克•度0.138原子量47.9热膨胀系数X10/C(OTOOC)8.2克原子体积厘米3/克原子10.7弹性模量公斤/毫米210850密度20克/厘米34.505拉伸公斤/毫米210340熔点C1668±4压缩公斤/毫米210550沸点C3535剪切公斤/毫米24500熔化潜热千卡/克分子5导热系数卡/厘米.秒.C0.036汽化潜热千卡/克分子112.5±0.3%电阻系数X10_6欧母.厘米47.8同素异晶转变温度C882转变时体积的变化%5.5转变时熵的变化C0.587磁化率X10T厘米3/克3.2转变潜热千卡/克分子678±10%泊桑比0.41

十工业纯钛在各种介质中的耐蚀性介质浓度（质量分数）（％）温度/°c腐蚀速度/mm/a（年）耐蚀等级无机酸盐酸1室温/沸腾0.000/0.345优良/良好5室温/沸腾0.000/6.530优良/差10室温/沸腾0.175/40.87良好/差20室温/—1.340/—差/—35室温/—6.660/—差/—硫酸5室温/沸腾0.000/13.01优良/差10室温/—0.230/—良好/—60室温/—0.277/—良好/差80室温/—32.660/—差/—95室温/—1.400/—差/—硝酸37室温/沸腾0.000/<0.127优良/优良64室温/沸腾0.000/<0.127优良/优良95室温/—0.0025/—优良/—磷酸10室温/沸腾0.000/6.400优良/差30室温/沸腾0.000/17.600优良/差50室温/—0.097/—优良/—铬酸20室温/沸腾<0.127/<0.127优良/优良硝酸+盐酸1:3室温/沸腾0.0040/0.127优良/优良3:1室温/—<0.127/—优良/—硝酸+硫酸7:3室温/—<0.127/—优良/—4:6室温/—<0.127/—优良/—有机酸醋酸100室温/沸腾0.000/0.000优良/优良蚁酸50室温/—0.000/—优良/—草酸5室温/沸腾0.127/29.390良好/差10室温/—0.008/—优良/—乳酸10室温/沸腾0.000/0.033优良/优良25—/沸腾—/0.028—/优良甲酸10—/沸腾—/1.270—/良好25—/100—/2.440—/差50—/100—/7.620—/差丹柠酸25室温/沸腾<0.127/<0.127优良/优良柠檬酸50室温/沸腾<0.127/<0.127优良/优良硬脂酸100室温/沸腾<0.127/<0.127优良/优良碱溶液氢氧化钠10—/沸腾—/0.020—/优良20室温/沸腾<0.127/<0.127优良/优良50室温/沸腾<0.0025/0.0508优良/优良73—/沸腾—/0.127—/良好

十^一错误！未找到引用源。钛及钛合金的材料特点及焊接性钛及合金具有较好的可焊性，值得重视的是在焊接过程中，焊缝的污染和热影响区问题。焊接接头高温区只要受到小量的有害杂质的污染，就严重影响焊缝质量。如此钛及合金焊接时必须进行严格的焊前清理，采取有效措施进行焊接过程的保护，钛的热导率小、熔点高，焊接时易出现热量集中和在高温停留时间长，导致金属钛过热，使熔合区金属晶粒粗大，降低接头的综合性能。所以焊接时还必须选择一个合理的焊接规范和良好的散热装置。（一） 钛及钛的分类及特点国产工业纯钛有TAI、TA2、TA3三种，其区别在于含氢氧氮杂质的含量不同，这些杂质使工业纯钛强化，但是塑性显著降低。工业纯钛尽管强度不高，但塑性及韧性优良，尤其是具有良好的低温冲击韧性;同时具有良好的抗腐蚀性能。所以，这种材料多用于化学工业、石油工业等，实际上多用于350°C以下的工作条件。根据钛合金退火状态的室温组织，可将钛合金分为三种类型：a型钛合金、（a+卩）型钛合金及卩型钛合金。a型钛合金中，应用较多的是TA4、TA5、TA6型的Ti-AI系合金和TA7、TA8型的Ti+AI+Sn合金。这种合金室温下，其强度可达到931N/mm2，而且在高温下（500C以下）性能稳定，可焊性良好。卩型钛合金在我国的应用量较少，其使用范围有待进一步扩大。（二） 钛及钛合金的焊接性钛及钛合金的焊接性能，具有许多显著特点，这些焊接特点是由于钛及钛合金的物理化学性能决定的。1•气体及杂质等间隙元素污染引起的脆化在常温下，钛及钛合金是比较稳定的。但在焊接过程中，液态熔滴和熔池金属具有强烈吸收氢、氧、氮的作用，而且在固态下，这些气体已与其发生作用。随着温度的升高，钛及钛合金吸收氢、氧、氮的能力也随之明显上升，大约在250C左右开始吸收氢，从400C开始吸收氧，从600C开始吸收氮，这些气体被吸收后，将会直接引起焊接接头脆化，是影响焊接质量的极为重要的因素。（1） 氢是影响氢是气体杂质中对钛的机械性能影响最严重的因素。焊缝含氢量变化对焊缝冲击性能影响最为显著，工业纯钛焊缝金属中氢含量由0.01%增到0.05%时，室温冲击值由58.8Nm/cm2降到14.7Nm/cm2，而强度和塑性变化不大。其主要原因是随缝含氢弹量增加，焊缝中析出的片状或针状TiH2增多。TiH2强度很低，故片状或针状卫HiH2的作用例以缺口，合冲击性能显著降低；焊缝含氢量变化对强度的提高及塑性的降低的作用不很时显。（2） 氧的影响氧在钛的a相和卩想中都有有较高的熔解度，并能形成间隙固溶相，使用权钛的晶格严重扭曲，从而提高钛及钛合金的硬度和强度，使塑性却显著降低。当氧的含量超过2.8%时，将依次出现钛的氧化物，使致密的氧化膜转变为疏松的氧化钛，使焊缝性能下降。为了保证焊接接应的性能，除了在焊接过程中严防焊缝及焊按热影响区发主氧化外，同时还应限制基本金属及焊丝中的含氧量。（3） 氮的影响在700C以上的高温下，氮和钛发生剧作用，形成脆硬的氮化钛（riN）而且氮与钛形成间隙固溶体时所引起的晶格歪挪程度，比是量的氧引起的后果更为严重，因此，氮对提高工业纯钛焊缝的抗拉强度、硬度，降低焊缝的塑性性能比氧更为显著。（4） 碳的影响碳也是钛及钛合金中常见的杂质，实验表明，当碳含量为0.13%时，碳因深在a钛中，焊缝强度极限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用强烈。但是当进一步提高焊缝含碳量时，焊缝却出现网状TiC，其数量随碳含量增高而增多，使焊缝塑性急剧下降，在焊接应力作用下易出现裂纹。因此，钛及钛合金母材的含碳量不大于0.1%，焊缝含碳量不超过母材含碳量。2•焊接接头裂纹问题钛及钛合金焊接时，焊接接头产生热裂纹的可能性很小，这是因为钛及钛合金中S、P、C等杂质含量很少，由S、P形成的低熔点共晶不易出现在晶界上，加之有效结晶温度区间窄小，钛及钛合金凝固时收缩量小，焊缝金属不会产生热裂纹。钛及钛合金焊按时，热影响区可出现冷裂纹，其特征是裂纹产生在焊后数小时甚至更长时间称作延迟裂纹。经研究表明这种裂纹与焊接过程中氢弹的扩散有关。焊接过程中氢由高温深池向较低温的热影响区扩散，氢含量的提高使该区析出TiH2量增加，增大热影响区脆性，另外由于氢化物析出时体积膨胀引起较大的组织应力，再加上氢原子向该区的高应力部位扩散及聚集，以致形成裂纹。防止这种延迟裂纹产生的办法，主要是减少焊接接头氢的来源，发票时，也呆进行冥空遏火处理。错误！未找到引用源。

■|''>一饭朮许'1”不允许不允许不允许二缄A许允许A许A许允评阳厲）h焊矩工、尾拖罐图⑴丨、焊矩2.尾拖罩阳厲）h焊矩工、尾拖罐3•焊缝中的气孔问题钛及钛合金焊接时，气孔是经常碰到的问题。形成气孔的根本原因是由于氢影响的结果。焊缝金属形成气孔主要影响到接头的疲劳强度。根据大量的研究结果认为影响气孔产生的主要因素如下：1） 氩气和母材、焊丝中的不纯气体（02、H2、N2、H20）等影响：氩气和母材、焊丝中含02、H2、H20量提高，都会明显使焊缝气孔增加，N2对气孔的影响较弱。2） 表面层的影响钛板及焊丝表面常受到外部杂质的污染，包括水分、油脂、氧化物（表面氧化物常带有结晶水）含碳物质、尘粒、磨料质点、有机纤维、脏指印及吸附的气体等对钛气孔的形成有一定的影响，对接端面处的表面杂质对气孔形成的影响更明显；3） 焊接工艺的影响焊接坡口及间隙的影响：焊接坡口对接端面紧密接触的表面层是形成气孔的重要根源，在焊接热作用下，紧靠溶池前部的对接边受严重挤压而接触非常紧密，端面处表面层吸附的水和能长生气孔的物质，在焊接溶池前方的高温状态下生成气体而无处逃逸，处于高压状态，生成微气泡随后在熔池中长大形成气孔；焊接熔池存在时间增加，气孔减少，钛及钛合金焊缝的气孔主要分布在熔合线附近和焊缝的根部。这是因为氢在钛中的溶解度随温度升高而降低，在熔池冷却过程中，熔池中部不熔池边缘温度高，熔池中部的氢向熔池边缘扩散熔池边缘的氢饱和而形成气孔；防止产生气孔的工艺措施主要有：（1） 、保护氩气要纯，纯度应不低于99.99%；（2） 、彻底清除焊件表面、焊丝表面上的氧化皮油污等有机物，辅助装置应注意清洁，没有油污，。（3） 、对熔池施以良好的气体保护，控制好氩气的流量及流速，防止产生紊流现象，影响保护效果。（4） 、正确选择焊接工艺参数，焊件组对时预留间隙，增加深池停留时间使气泡逸出，可有效地减少气孔。4接头热影响区性能下降钛及钛合金熔点高，导热性差，过热区在高温停留时间长，冷速缓慢，过热区晶粒显著长大，长大的晶粒保留到室温，导致过热区塑性下降；其次焊接快速冷却时，无扩散性相变形成a相的过饱和固溶体针状a‘相，类似于钢中的马氏体转变，但其人具有较好的韧性和塑性，但比母材差；（三）焊接工艺1,焊接方法由于钛及合金与氧、氮、氢的亲和力大，化学活性强，用普通的焊条电弧焊、气焊、C02气保焊均会引起焊接接头的污染，目前常用于焊接钛及合金的焊接方法是钨极氩弧焊，熔化极化极氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊等，另外，激光焊、扩散焊、电阻焊、钎焊也用于钛及合金焊接。（1） 惰性气体保护电弧焊设备简单，操作方便，有熔化极和非熔化极两种。按自动化程度不同可分为自动、半自动和手工焊三种形。自动焊和半自动焊适合于长焊缝、宽坡口和大批量生产，手工焊适合于短小件及单件生产。非熔化极焊接时，焊缝可能受到钨极的污染，熔化极焊接时熔滴易飞溅造成电流不稳定、保护气体紊乱、使焊缝受空气污染，通常用于中厚板的焊接。（2） 等离子弧焊接等离子弧焊接钛及合金时，焊接温度高、能量集中、穿透能力强，一次能焊透7-8mm（不开坡口）的板，等离子焊接具有速度快、焊缝窄、热影响区小，且钨极内缩，焊缝免受污染，焊缝成型美观，但焊接线能量大，须加强焊接区的保护及冷却效果。（3） 电子束焊接电子束焊接的焊缝深宽比大，（20：1）—次可焊厚达57mm（2.25in）的钛板，热影响区小、焊缝窄，变形小，接头性能好，一般用于焊接性较差的钛合金。但焊接成本高。2，焊接材料（1） 焊丝焊丝作为焊缝金属的主要组成，其成分对焊缝的力学性能起着决定性的作用。焊接时，焊缝为铸造组织，母材为压力加工组织，一般在退火状态下使用，焊接过程实际上是氧、氮、碳、铁、氢等杂质由环境向熔池和焊缝中污染，焊接接头中杂质的再分配过程，惰性气体保护效果的好坏仅是污染的多少的问题，这样使得焊缝的杂质含量总是高于母材，所以焊缝的强度硬度总比母材高，塑性和韧性比母材低。焊缝的强度过高或塑性过低，将对钛容器的综合性能产生不利影响。要使钛焊缝的塑性不低于或接近母材，一方面加强焊前清理和焊接过程中焊接高温区的保护，另一方面是大大降低焊缝金属中的杂质成分，即降低焊丝中的杂质含量，因此容器用钛焊丝要求更低的杂质含量才能使焊接接头达到足够的塑性要求，同时保证接头强度不低于母材标准下限值。焊丝的选用根据工艺评定的结果来确定。（2） 保护气体钛及合金的焊接保护气体通常为氩气，氦气、或氦氩混合气体。氩比氦密度大、保护稳定，电离电位低，电弧稳定，成本低，一般氩气纯度应高于99.99%,露点不高于-50°C，并符合GB/T4842的规定。随氩气纯度下降，焊接接头的氧化程度加重，接头的塑性下降；氩气的性质：氩气比空气重，能在熔池上方形成一层较好的保护层，烟雾少便于控制熔池和电弧。是惰性气体，在常温或高温下均不与金属发生化学反应。氩气为单原子气体，高温下直接电离，能量消耗低，电弧燃烧稳定。对电弧冷却作用小，热量损耗小稳定性比较好，对电极具有一定的冷却作用，可提高电极的许用应力值。氩离子的质量较大，对阴极的冲击力很强，具有强烈的阴极破碎作用。3，焊前准备焊前，对钛板和焊丝的表面进行清理（焊接坡口两边各20mm），除油脂水分、清除氧化皮和吸气层等污物。工件装夹过程中，操作人员必须带清洁手套、不要触摸焊口和焊口附近焊接区域，严禁用铁器敲打焊口，并用丙酮擦洗干净。坡口加工，坡口型式和尺寸根据焊接时熔透和减少气孔来考虑。坡口一般选用机械方法加工完成。4,焊接工艺及规范焊接采用直流正极性，热电子发射能力强，有利于电弧的稳定；有利于防止钨极过热，减少烧损；工件为阳极，接受电子轰击动能和逸出功，电弧集中，焊缝窄而深。为保证接头性能，需选用合适的焊接线能量，随焊接线能量增大，过热区晶粒严重粗大，塑性明显下降，焊接线能量过小，钛马氏体增多，且变得细蜜，同样塑性降低，应选用合适的焊接线能量，应采用小电流快速焊。焊接规范应根据以下要求确定：在保证焊透的情况下，采用最低的线能量；保证对焊接高温区有良好的保护；防止产生气孔。5加强保护措施钛是活性金属，焊接过程中极易受空气污染，所以焊接过程中要加强保护，对处于400°C的熔池的后部及热影响区均应采用拖罩背保护的氩气保护，保护效果的好坏，可用焊接接头的颜色来鉴定如下表：颜色银白色黄色蓝色紫色灰色氧化程度钛金属本色无氧化轻微氧化稍严重氧化较严重氧化严重氧化氧化物无TiOTi2O3TiO2保护效果最好较好一般较差坏使用判定使用能使用负载大时不能使用使用条件苛刻不能用不能使用处理方式保留打磨处理去掉氧化色重焊去掉氧化色重焊5，焊接注意事项焊接注意事项焊接场地要清洁、干燥、无灰尘、一般在独立的区域进行；焊接时应严格遵守规程，如焊缝受到污染，应去除重焊。保护气流量应适当，顺畅，控制为层流。焊接表面清理后不宜久放，应立即装夹进行焊接。多道焊时，应检查前一道焊道无问题后，再进行下一道焊接。焊接时，焊丝的热端应在保护区的保护之下，以免氧化；焊丝不能在电弧区剧烈摆动以防破坏保护效果。焊接工艺规范规范钛材钨极氩弧焊焊接规范板厚mm焊接电流焊丝规格喷嘴直径Amm150-701.5或自熔1660-80自熔1680-1101.5或自熔162100-130自熔16120-1401.5或自熔163130-160自熔164130-1603165140-1603166150-1703-4168160-1803-41610170-1903-41615180-2003-416W25180-2003-516三35180-2003-516板厚mm焊接电流焊丝规格喷嘴直径Amm130-1501.5或自熔162160-180自熔16140-1601.5或自熔162.5160-180自熔16160-1801.5或自熔163180-200自熔164170-1902.5166180-2002.5168190-2102.5-31610190-2202.5-316W25200-2402.5-316氩气流量焊接层次焊接方法焊接速度L/mincm/min8-121手工焊12-148-121自动焊30-358-121手工焊12-148-121自动焊30-358-121-2手工焊12-148-122自动焊30-358-141-2手工焊12-148-141-2手工焊12-1410-152-3手工焊12-1410-153-4手工焊12-1410-153-4手工焊12-1410-155-6手工焊12-1410-166-10手工焊12-1410-168-14手工焊12-14氩气流量焊接层次焊接方法焊接速度L/mincm/min12-151手工焊11-1412-151自动焊28-3212-151-2手工焊11-1412-151-2自动焊28-3212-151-2手工焊11-1412-152自动焊28-3212-152-3手工焊11-1412-153-4手工焊11-1412-153-4手工焊11-1412-154-5手工焊11-1412-156-10手工焊10-13板厚mm11.522.5346焊接电流A焊丝规格mm喷嘴直径氩气流量L/min焊接层次焊接方法焊接速度cm/min40-601.0或自熔126-81手工焊10-1260-80自熔126-81自动焊30-3550-701.5或自熔126-81手工焊10-1270-90自熔126-81自动焊30-3580-1001.5或自熔128-101手工焊10-1290-120自熔128-101自动焊30-3580-1202.0或自熔128-101-2手工焊10-12100-140自熔128-101-2自动焊30-35100-1402.0或自熔128-101-2手工焊10-12120-150自熔128-102自动焊30-35130-1602.0-3.0128-102-3手工焊10-12130-1702.0-3.0128-103-4手工焊10-12钛板手工钨板氩弧焊焊接试验钛及钛合金焊接生产中应用最多是钨板氩弧焊，真空充氩焊接方法应用也很普遍。氩弧焊的电弧在氩气流的保护与冷却作用下，电弧热量较为集中，电流密度高，热影响区小，焊接质量较高。1•钛及钛合金焊接时，当温度高于500°C〜700°C时，很容易吸收空气中的气、氢和氮，严重影响焊接质量。因此，钛及钛合金焊接时，对熔池全面及高温部信（400C〜650C以上）的焊缝区必须严加保护，为此，钛及钛合金焊接时必须采取特殊的保护措施，即采用喷尺寸较大的焊矩，以扩大气体保护区面积，当喷嘴不足以保护焊缝及近缝区高温金属时，需附充氩保护拖罩。焊缝和近缝区颜色是保护效果的标志。银白色表示保护效果最好，黄色为轻微氧化，一般是允许的。表面颜色应符合上表（1）规定考虑到工程使用的实用性、高效性，我们先制备了一个简易拖罩。如上图（a）,氩气从进气口进入分布管，穿过分布管孔直接进入保护区。采