钛板焊接技术及防止产生气孔的工艺措施

钛板焊接技术及防止产生气孔的工艺措施

1、气体污染问题

(1)做好焊前准备。严格清洗焊缝表面，杜绝氢、氧、氮的侵入。

(2)选用精确的氩气流量计以控制气流量。气体流量的选择以达到良好的保护效果为准，氩气流量大小对保护有着相当的影响，过大的流量不容易形成稳定的气流层，反而在保护区内形成紊流，使有害气体浸入熔池，使焊缝表面容易出现微裂纹。过小的气流使保护不到位，达不到保护效果，拖罩中的氩气流量不足时，焊缝呈现出不同的氧化色泽。

(3)加强焊缝保护。焊接时，不得将焊丝端部移出氩气保护区；断弧及焊缝收尾时，要继续通氩气保护，直到焊缝及热影响区金属冷却到100℃以下时方可移开焊枪。

2、焊接接头裂纹问题

钛焊接时，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在晶界出现，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。

钛焊接时，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。经研究表明这种裂纹主要是碳、氢的影响及过快的冷却速度所致。防止这种延迟裂纹产生的办法，主要是减少焊接接头氢、碳的来源，焊前对焊缝区域进行保护清理，防止有害杂质玷污。

其次，应严格控制层间温度。在保证熔合良好的前提下，尽可能采用低热输入量施焊，即降低熔合比。

采用小直径焊丝、低焊接电流、窄焊道技术、快速焊。冷却速度控制在100℃/s左右最好。

3、焊缝中的气孔问题

气孔是钛板焊接是比较容易产生的缺陷，主要原因是由于氢影响的结果。板材、焊材表面不干净，操作者手套上的水分、油脂，角磨机磨下的沙粒、飞尘等都是氢的来源。焊缝金属形成气孔主要影响到接头的疲劳强度。

防止产生气孔的工艺措施主要有：

(1)保护氖气要纯，纯度应不低于99.99%，导气管应用增强塑料管，不能用橡胶管。

(2)彻底清除焊件表面、焊丝表面上的氧化皮油污等有机物。

(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，增加熔池焊缝金属停留时间，使气泡逸出，可有效地减少气孔。

(5)焊接时采用小的热输入，最好采用脉冲氩弧焊，既可改善接头塑性，减小过热和粗晶、减小变形，又可增加了熔深，减小了气孔的产生。

4、焊前准备

在钛材的焊接现场最好单独划分出一块区域，非专业人员不得入内，以保护该区域的洁净，所有施焊人员应穿干净工作服，戴针织手套或薄羊皮手套，不能戴棉线手套，进入罐内施焊，鞋要套上鞋套。

坡口及其两侧各50mm以内的内外表面及焊丝表面应清除油污，并用细锉奥氏体不锈钢丝刷、铣刀等机械方法清除氧化膜、毛刺和表面缺陷，清理工具应专用，并保持清洁；经机械清理后的表面，焊接前应使用不含硫的丙酮或乙醇进行脱脂处理，严禁使用三氯乙烯、四氯化碳等氯化物溶剂，不得将棉质纤维附于坡口表面。根据技术要求，焊前对施焊环境作了“菲绕琳”试验，在焊缝周围做了“铁离子”污染试验，经试验合格后才进行施焊。

清洗质量的好坏会直接影响到焊接裂纹的产生，清洗质量不好时，会在母材及焊丝表面上生成一层灰白色的吸气层，导致焊接裂纹和气孔的产生，因此清洗时要注意以下几点：

①先采用酸洗。酸洗液为2%~4%HF+30%~40%HN03+H20(余量)。最后用清水冲洗干净并吹干，临焊前用丙酮或酒精擦洗。

②焊丝在酸洗后一般需要进行脱氢处理，焊前再用丙酮脱脂。

③严禁使用氧化物脱脂。

④清洗时不得戴橡皮手套，以免橡皮和脱脂溶剂发生反应使焊缝产生气孔。

⑤清洗后的焊口

必须马上焊完，不宜久放(一般不得超过4h)，否则需要按前面步骤重新清洗。

钛材焊接时用的保护罩是十分重要的。一个技能娴熟的焊工，没有一个好的保护罩，即使焊缝焊得再漂亮，焊后全部氧化变色，这道焊缝仍旧是不合格的，而且要报废。

5、钛手工钨极氩弧焊操作要领

1)手工氩弧焊时，焊丝与焊件间应尽量保持最小的夹角(10~15°)。焊丝沿着熔池前端平稳、均匀的送入熔池，不得将焊丝端部移出氩气保护区。

2)焊接时，焊枪基本不作横向摆动，当需要摆动时，频率要低，摆动幅度也不宜太大，以防止影响氩气的保护。

3)断弧及焊缝收尾时，要继续通氩气保护，直到焊缝及热影响区金属冷却到100℃以下时方可移开焊枪。

4)清洗质量的好坏会直接影响到焊接裂纹的产生，清洗质量不好时，会在母材及焊丝表面上生成一层灰白色的吸气层，导致焊接裂纹和气孔的产生。

6、工艺参数的选择依据

1)焊接电流如采用大电流，焊接时非常的顺畅，但焊缝的晶粒粗大，性能差，焊缝周围易产生较大的残余应力。所以应控制焊接电流上限，在确定盖板角焊缝的电流时第1遍自熔，第2遍加丝，焊接电流为130-140A。

2)电弧电压选择电弧电压实际上就是选择电弧的长短，常用的氩弧焊机没有电压选择钮，应尽量使电弧短一些，以控制电弧电压在14-16V之间。

3)焊接速度钛材在焊接时的导热性很差，电流和速度要匹配好，否则熔合不好。经试验，焊接电流在130-140A时，焊接速度为160-170mm/min较合适。

4)氩气流量的确定

钛在焊接时熔池后面的焊缝区100mm内(包括焊缝和热影响区正反面)全部要在氩气保护氛围内进行冷却，否则焊缝就要氧化变色，使性能下降。经现场试验调整，最终确定的氩气流量为：喷嘴10-11L/min、托罩12-13L/min、背面3-5L/min。

5) 钛板氩弧焊选用具有下降外特性、高频引弧的直流氩弧焊电源，钨极端部应修磨成圆锥形，采用水平转动平焊。焊炬应提前送气，熄弧时应采用电流衰减装置和气体延时保护装置，延迟递气时间不少于15秒，避免焊缝遭受到氧化、污染。

7、装配

为了减少焊接变形，焊前需进行定位焊，定位焊缝应采用与正式焊接相同的焊接材料及焊接工艺，即所用的焊丝、焊接工艺参数及气体保护条件应与焊接接头焊接时相同。焊前清除焊丝表面和焊接坡口及其两侧各20mm范围内的氧化层、油污、水分、锈蚀等，且应由合格焊工施焊，定位焊焊在基层焊缝上，焊缝长度宜为10一15mm，间距为100-150mm，高度不应超过壁厚的1/3。间隙0-1mm，钝边0-1.0mm。

焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣及氧化变色等缺陷，当发现缺陷时应及时消除。

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