鈦是一種化學(xué)性質(zhì)非常活潑的金屬，在高溫下對(duì)氧、氫和氮等氣體具有極大的親和力，特別是在鈦焊接過(guò)程中，這種能力伴隨著焊接溫度的升高更為強(qiáng)烈。實(shí)踐證明，焊接時(shí)如果對(duì)鈦與氧、氫和氮等氣體的吸收和溶解不加以控制，無(wú)疑會(huì)給鈦焊接接頭的施焊過(guò)程帶來(lái)了極大的困難。
一、前言
近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是隨著改革開(kāi)放的不斷深入，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了巨大的進(jìn)步。與此同時(shí)，我國(guó)在管道等工程的焊接方面也取得了巨大的進(jìn)步。鈦焊接是我們比較常見(jiàn)的一種焊接，在鈦焊接的過(guò)程中，如何做好其焊接的質(zhì)量控制，對(duì)于鈦焊接的焊縫顏色具有十分重要的影響。由于鈦焊縫顏色的直觀性，對(duì)于鈦焊接焊縫顏色和焊接質(zhì)量的關(guān)系的研究具有重要的意義。本文筆者結(jié)合自己多年來(lái)在鈦焊接的質(zhì)量控制及工藝方面的研究以及實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于鈦焊接的焊接質(zhì)量與鈦焊縫顏色之間的關(guān)系進(jìn)行探討，希望對(duì)于該領(lǐng)域的研究具有一定的作用。
二、鈦的特性對(duì)鈦焊接的影響
1．氧和氮的影響
氧和氮間隙固熔于鈦中，使鈦晶格畸變，變形抗力增加，強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性卻降低，焊縫中含焊氧、氮是不利的，應(yīng)設(shè)法避免。
2．氫的影響
氫的增加會(huì)使鈦的焊縫金屬?zèng)_擊韌性急劇下降，而塑性下降少許，氫化物會(huì)引起接頭的脆性。
3．碳的影響
常溫下，碳以間隙形式固溶于鈦中，使強(qiáng)度增加，塑性下降，但不如氧、氮明顯，碳量超過(guò)溶解度時(shí)生成硬而脆的TiC，呈網(wǎng)狀分布，易產(chǎn)生裂紋，國(guó)標(biāo)規(guī)定鈦其鈦合金中碳含量不得超過(guò)0.1%，焊接時(shí)，工件及焊絲的油污能增加碳含量，因此焊接時(shí)需清理干凈。
三、鈦的焊接性分析
鈦具有良好的可焊性，由于其具有較小的熱導(dǎo)性（0.041Cal/℃·cm·s）,故鈦金屬只在電弧燃燒范圍內(nèi)熔化，并具有良好的流動(dòng)性；而且，其具有小的熱膨脹系數(shù)（8.6×10-6/℃，遠(yuǎn)小于碳鋼），這樣大大提高了鈦金屬的可焊性。
四、鈦焊接的焊縫顏色痛焊接質(zhì)量的關(guān)系
1.鈦及鈦合金鈦管焊縫顏色變化及其缺陷產(chǎn)生機(jī)理
鈦及鈦合金鈦管焊縫缺陷及產(chǎn)生機(jī)理如下，進(jìn)行鈦管焊接時(shí)，因氬弧焊槍形成的氬氣氣體維護(hù)層只能維護(hù)好焊接熔池不受空氣的有害作用，而對(duì)已凝固而處于高溫狀態(tài)附近的焊縫及其附近區(qū)域則無(wú)保護(hù)作用，而處于這種狀態(tài)的鈦管焊縫及其附近的區(qū)域仍有很強(qiáng)的吸收空氣中的氮及氧的能力。從400℃開(kāi)始吸收氧，從600℃開(kāi)始吸收氮，而空氣種含有大量氮和氧。
隨氧化水平逐步加重，鈦管焊縫顏色發(fā)生變化及焊縫塑性下降的規(guī)律。銀白色（無(wú)氧化）金黃色（TiO,大約在250℃左右鈦開(kāi)始吸收氫。輕微氧化）藍(lán)色（Ti2O3氧化稍為嚴(yán)重）灰色（TiO2氧化嚴(yán)重）。
2.通過(guò)鈦焊縫表面的顏色可以對(duì)鈦焊接的質(zhì)量進(jìn)行判別
對(duì)于鈦焊縫不同的顏色和硬度的測(cè)試如下圖
?。ㄒ唬┩ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)證明，隨著焊縫顏色的加深，即焊縫氧化程度的增加，焊縫的硬度隨之增加，通過(guò)同行實(shí)驗(yàn)的測(cè)試，鈦金屬的硬度增加，焊縫中諸如氧、氮等有害物質(zhì)增加，并大大降低焊接的質(zhì)量。
?。ǘ┾伒暮附有院退幕瘜W(xué)和物理的屬性具有十分重要的關(guān)系，但是關(guān)鍵在于，在高溫的情況下，鈦的高活性容易受到空氣污染，在加熱的時(shí)候，其晶粒出現(xiàn)脹大，當(dāng)焊接的接頭冷卻時(shí)，就會(huì)使其形成脆性相。鈦的熔點(diǎn)很高，可以達(dá)到1668±10℃，比焊接鋼時(shí)需要的能量還多，同時(shí)，鈦的化學(xué)性比較的活潑，與O和H作用比鋼容易得多，在600℃以上就急劇化合。100℃就大量吸收H和O，溶H能力比鋼大幾萬(wàn)倍，進(jìn)而生成氫化鈦，使韌性急劇下降。氣體雜質(zhì)增大了冷裂紋和延遲裂紋的傾向，增大缺口敏感性。因此焊接用氬氣純度應(yīng)不低于99.99%，濕度應(yīng)不高于0.039%，焊絲的含氫量應(yīng)在0.002%以下。鈦的傳熱系數(shù)是鋼的1/2，在882℃發(fā)生α至β的轉(zhuǎn)變，溫度再高，β晶粒則急劇跳躍式長(zhǎng)大，性能明顯惡化，所以要嚴(yán)格控制溫度，特別要控制焊接熱循環(huán)中的高溫停留時(shí)間。焊接鈦時(shí)沒(méi)有熱裂紋及晶間裂紋問(wèn)題，但存在氣孔問(wèn)題，尤其是焊α+β合金。
五、鈦焊接注意事項(xiàng)
基于以上研究，鈦金屬在焊接時(shí)要注意以下問(wèn)題：
1.鈦焊接過(guò)程中要對(duì)于焊接區(qū)域及焊后高溫區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格的保護(hù)，以避免空氣的進(jìn)入焊接及高溫區(qū)域?qū)缚p質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，故如99.99%的純氬及后拖保護(hù)罩是必須的。
2.焊縫坡口要求采用機(jī)械加工（不得才有打磨的方法加工）；
3.點(diǎn)焊應(yīng)當(dāng)避免，并采用高頻起弧。
4.避免焊后熱處理；如果必須進(jìn)行焊后熱處理時(shí)，熱處理溫度應(yīng)小于650℃。
六、結(jié)束語(yǔ)
鈦焊接的質(zhì)量控制對(duì)于鈦焊接的焊縫顏色具有十分重要的影響，同時(shí)，也可以根據(jù)鈦焊接的焊縫顏色對(duì)鈦焊接的質(zhì)量進(jìn)行判斷，這二者之間具有十分重要的關(guān)系。
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