影響二手鈦材焊接質(zhì)量的因素

焊接是鈦設(shè)備制造過程中的一項(xiàng)重要工藝，也是一門綜合性科學(xué)技術(shù)。焊接方法很多，要根據(jù)鈦設(shè)備或構(gòu)件的設(shè)計(jì)構(gòu)造和具體的應(yīng)用條件來選擇適宜的焊接方法。
選擇焊接方法所遵循的原則是保證焊接接頭的質(zhì)量、生產(chǎn)效率高、操作簡便、成本較低等。其中保證焊縫質(zhì)量應(yīng)放在。只有充分認(rèn)識(shí)到影響焊接質(zhì)量的方方面面的因素，采取有效技術(shù)和措施避免不利于焊縫成形的種種因素，才能達(dá)到保證焊接接頭質(zhì)量的目的。
1 影響鈦材焊接質(zhì)量的因素
1.1 氣體雜質(zhì)對(duì)焊縫金屬性能的影響
鈦具有很高的化學(xué)活潑性，與空氣中的氧、氮有的親和力。在較低的溫度下，鈦與氧相互作用生成一層致密的氧化膜，隨著溫度的提高，氧化膜的厚度隨之增厚，超過600℃后，鈦開始吸氧并使氧溶解到鈦中。溫度再高，鈦的活性就會(huì)急劇增加，并與氧發(fā)生激烈反應(yīng)而生成鈦的氧化物。鈦在300℃以上開始吸氫，在700℃以上開始吸氮。氧和氮對(duì)鈦污染的結(jié)果是使鈦強(qiáng)度和硬度增高而塑性降低。氮比氧的影響程度更大，如圖4-1所示。
鈦中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%~0.05%時(shí)，會(huì)使焊縫金屬的沖擊韌性急劇下降，而塑性卻下降較少。這說明是氫化物引起的脆性，即“氫脆”。氫也是引發(fā)焊縫產(chǎn)生氣孔的根源。
熔化焊焊接過程中，熔池像一個(gè)小冶金爐，熔融金屬暴露在大氣中。如果不采取相應(yīng)的防護(hù)措施使熔融的金屬鈦與空氣隔絕，則氧、氮、氫等氣體元素就會(huì)溶入鈦中，形成脆性氧化物或氮化物，

致使焊縫金屬的塑性急劇降低，拉伸強(qiáng)度提高，嚴(yán)重的情況下將發(fā)生脆斷，塑性等于零。
1.2 其他雜質(zhì)對(duì)焊縫金屬性能的影響
其他雜質(zhì)是指除氣體雜質(zhì)外可能溶入熔池的雜質(zhì)。其來源可能是焊接操作環(huán)境不清潔、戴臟手套觸摸鈦焊件遺留下油污、焊接前用棉紗擦洗接頭坡口可能留下的棉絮、焊接生產(chǎn)環(huán)境與鋼鐵焊接生產(chǎn)混合可能產(chǎn)生的鐵銹、水分和其他一些有機(jī)物等。這些污染物在電弧高溫作用下分解出氧、氫、氮、碳等元素，然后溶于熔融的鈦中。當(dāng)這些元素的量超過在鈦中的溶解度時(shí)，便形成相應(yīng)的化合物（TiO2、TiH2、TiN、TiC).這些化合物隨著熔池結(jié)晶而進(jìn)人
鈦的晶格中，致使鈦的晶格畸變、歪曲，從而改變鈦的力學(xué)性能。有些微量元素少量溶入鈦中，如果其量不超過允許的范圍還是可以的，有時(shí)也是人們所希望的。但超量的雜質(zhì)元素含量是不允許的，特別是有機(jī)物雜質(zhì)，有百害而無一利，這是因?yàn)檫@些雜質(zhì)元素除使鈦焊縫的力學(xué)性能變差，降低耐腐蝕性外，還是焊縫中產(chǎn)生氣孔的根源。

1.3
焊縫金屬和接頭熱影響區(qū)的組織變化
鈦是有同素異形體轉(zhuǎn)變的金屬。在886℃時(shí)開始發(fā)生組織的固態(tài)轉(zhuǎn)變。886℃以下晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，稱為α鈦；在高于886℃時(shí)，α結(jié)構(gòu)的鈦轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)的β鈦。這個(gè)
轉(zhuǎn)變過程是在熔池由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的“瞬間”完成的。而這個(gè)“瞬間”長短差異對(duì)熔池的結(jié)晶形式有影響，“瞬間”越長越有利于柱狀晶生長。圖4-2所示為焊接“瞬間”長短差異對(duì)焊縫組織的影響示意圖。

接過程中溶入液態(tài)金屬中的氣體經(jīng)過擴(kuò)散、脫溶、成核、長大等過程而形成氣泡。由于熔池的凝固結(jié)晶速度很快，長大的氣泡來不及逸出液態(tài)金屬時(shí)就以氣孔的形式殘留在固態(tài)金屬中。釀成氣孔的氫氣和一氧化碳等氣體主要是由有機(jī)物的污染物經(jīng)電弧熱作用產(chǎn)生的。有時(shí)焊前對(duì)焊件和焊材做了充分的清潔、清洗，氫氣保護(hù)的效果也理想，但焊縫中仍然有氣孔。這說明起重要作用的污染源還沒有清除。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，有一個(gè)重要的氣源往往被忽略，就是空氣中的水分。一個(gè)對(duì)比試驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。在兩種不同空氣濕度的環(huán)境中施焊：一種情況是在陰雨天氣環(huán)境下（相對(duì)濕度在90%以上）焊接；另一種是在陽光明媚晴朗天氣的環(huán)境中（相對(duì)濕度小于40%)施焊。其他的焊前清潔、清洗及焊接操作等相同。前一種情況焊出的鈦焊縫中存在的氣孔既多又大，而后種情況的焊縫中沒有見到氣孔。這充分說明空氣的濕度大小是氣孔產(chǎn)生的重要原因之一。