钛合金焊接工艺.ppt

特点：特点：钛钛及及钛钛合金密度小，合金密度小，热热膨膨胀胀系数小（系数小（4.5 g/cm-3），道），道导热导热性差，摩擦系性差，摩擦系数大，数大，弹弹性模量性模量较较低，不利于低，不利于结结构的构的刚刚度。工度。工业纯钛业纯钛有很高的化学活性，有很高的化学活性，生成致密氧化膜，在不同条件下生成致密氧化膜，在不同条件下(酸、碱、温度酸、碱、温度)有很好的耐有很好的耐蚀蚀性（性（500 ）。）。强强度高，良好的塑性和度高，良好的塑性和韧韧性，足性，足够够的抗腐的抗腐蚀蚀性和高温性和高温强强度，最度，最为为突出的突出的特点是比特点是比强强度高。度高。因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工业业生生产产中得到了广泛中得到了广泛应应用，尤其是用，尤其是钢钢+铁铁的双金属的双金属焊焊接接结结构构应应用更用更为为广泛。广泛。因此，因此，对钢对钢与与钛焊钛焊接的研究更接的研究更为为迫切。迫切。钛钛及其合金的及其合金的焊焊接接1、钛钛合金特点、分合金特点、分类类及性能及性能1.钛钛合金合金的分的分类类工工业纯钛业纯钛（TA1，TA2，TA3）钛钛合金合金钛钛合金（合金（TA4，TA5，TA6.）钛钛合金合金（TB1，TB2.）钛钛合金合金（TC1，TC2，TC3.）1、钛钛合金特点、分合金特点、分类类及性能及性能2.工工业纯钛业纯钛（TA1，TA2，TA3）Ti在在885以下以下为为密排六方密排六方钛钛合金合金Ti在在885以上以上为为体心立方体心立方钛钛合金合金TiTi在在885885发发生同素异构生同素异构转变转变纯钛纯钛中中杂质杂质：H H、O O、FeFe、SiSi、C C、N N等等O O、N N、H H形成形成间间隙固溶体隙固溶体，FeFe、SiSi等形成等形成置置换换固溶体固溶体，固溶，固溶强强化（化（强强度、度、硬度提高，塑性、硬度提高，塑性、韧韧性下降），但性下降），但H H使使钛钛的冲的冲击韧击韧性急性急剧剧下降，下降，氢氢脆。脆。3.钛钛合金合金钛钛合金合金：加入：加入Al、稳稳定定相，中性元素相，中性元素Sn、Zr。加入加入Al 5，再再结结晶温度晶温度600 800，耐，耐热热性提高，减少性提高，减少H的敏感的敏感性，性，过过多（多（7），），Ti3Al相相脆性。脆性。钛钛合金高温合金高温强强度高、度高、韧韧性好，抗氧化能力性好，抗氧化能力强强，焊焊接性好接性好，组织稳组织稳定，定，但加工性比但加工性比钛钛合金和合金和钛钛合金差，合金差，不同不同进进行行热处热处理理强强化化，只是，只是600 700 退火消除加工硬化，退火消除加工硬化，500 600 不完全退火消除不完全退火消除焊焊接残余接残余应应力。力。钛钛合金合金：含有：含有稳稳定元素，含定元素，含Mo、V、Cr。通。通过时过时效效热处热处理，理，单单一相加一相加工性能良好，但高温性能差，工性能良好，但高温性能差，焊焊接性很差，易于形成冷裂接性很差，易于形成冷裂纹纹，焊焊接接结结构构中很少用。中很少用。1、钛钛合金特点、分合金特点、分类类及性能及性能4.钛钛合金合金 钛钛合金合金：两相，含有：两相，含有Al，稳稳定定相，中性元素相，中性元素Sn、Zr，相相稳稳定定元素（元素（6）。）。具有具有和和相的相的优优点，点，即高温即高温变变形能力和形能力和热热加工性，又可加工性，又可热处热处理提高理提高强强度。度。TC4（Ti6Al4V）是广泛是广泛应应用的用的钛钛合金，合金，不同不同热处热处理下两相比例、理下两相比例、性性质质、形、形态态不同。具有良好的不同。具有良好的压压力加工性和力加工性和焊焊接性。接性。1、钛钛合金特点、分合金特点、分类类及性能及性能5.国外在国外在20 世世纪纪50年代就开始年代就开始进进行研究行研究.美国在美国在1956 年第一次年第一次对钛对钛与与钢钢直接直接进进行点行点焊焊,由于接由于接头发头发脆没有成功脆没有成功。一般一般认为铁认为铁在在-Ti 中溶解度极小中溶解度极小,这样这样在在钛钛-铁焊缝铁焊缝中除了有中除了有铁铁在在-Ti 中中的固溶体外的固溶体外,还还形成了形成了脆性的脆性的TiFe 型型-金属金属间间化合物化合物,这这些相的硬度达些相的硬度达Hv600,有的甚至到有的甚至到Hv8001050,致使致使焊缝发焊缝发脆脆,在冷却在冷却过过程中形成裂程中形成裂纹纹,TiFe 型及型及TiC 等脆性相是等脆性相是导导致致焊缝焊缝开裂的主要原因。开裂的主要原因。为为使使钛钛与与铁铁能能焊焊在一起在一起,必必须须在在焊焊接接过过程中避免程中避免产产生生这这些脆性相些脆性相,解决解决这这个个问题问题的途径可以的途径可以归纳为归纳为以下几种以下几种:(1)用一种与用一种与钛钛、铁铁两元素能形成两元素能形成连续连续的或的或宽宽范范围围固溶体的金属来固溶体的金属来直接直接进进行行焊焊接接;(2)用一种或两种与用一种或两种与钛钛、铁铁两元素有好的可两元素有好的可焊焊性的金属作性的金属作为为中中间间填料填料,使使钛钛与与钢间钢间接地接地焊焊接起来接起来;(3)采用低于采用低于钛钛、铁铁熔点的熔点的焊焊接方法。接方法。2、钛钛及及钛钛合金合金焊焊接特点接特点6.接接头头区脆化：区脆化：540以上，氧化膜疏松，与以上，氧化膜疏松，与O、N、H等反等反应应快，接快，接头头塑性塑性韧韧性降低。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，、高温固溶，强强度提高，塑性下降；度提高，塑性下降；N会形成脆性相会形成脆性相TiN。H是是相相稳稳定元素，定元素，325 发发生共析反生共析反应应：（TiH2），片状或），片状或针针状存在，裂状存在，裂纹纹源，降低塑性和源，降低塑性和韧韧性，性，焊焊接中接中严严格控制格控制H来源。来源。2、钛钛及及钛钛合金合金焊焊接特点接特点7.接接头头区脆化：区脆化：常温常温时时，C 在在钛钛中溶解度中溶解度0.13，间间隙固溶，隙固溶，强强度提高，塑性下降。度提高，塑性下降。饱饱和析出和析出TiC，网状分布，塑性降低，网状分布，塑性降低，焊焊接裂接裂纹纹。所以，所以，C0.1.合金元素：合金元素：Al、Ni、Si、Nb、Cr、Mn、Mo等。等。焊焊接接时时采用高采用高纯纯度惰性气体或无氧氟度惰性气体或无氧氟氯氯化物化物焊剂焊剂2、钛钛及及钛钛合金合金焊焊接特点接特点8.焊焊接裂接裂纹纹：熔点高，熔点高，热热容量大，容量大，导热导热性差，形成的熔池大，性差，形成的熔池大，焊缝焊缝和和热热影响区金属影响区金属高温停留高温停留时间长时间长，晶粒，晶粒长长大，降低接大，降低接头头塑性和塑性和韧韧性，易于性，易于产产生生焊焊接裂接裂纹纹。O、H、N多多时时，焊缝焊缝和和HAZ变变脆，易于脆，易于产产生冷裂生冷裂纹纹，延，延迟迟裂裂纹纹焊缝焊缝气孔：气孔：氩氩气、母材、气、母材、焊丝焊丝中中O2、N2、H2、CO2、H2O都可以引起气孔都可以引起气孔其中其中H是形成气孔的是形成气孔的组组要气体。要气体。措施措施：加：加强强清理（机械清理和化学清理），清理（机械清理和化学清理），缩缩短短焊焊接接时间时间，良好的，良好的焊焊接接工工艺艺等。等。2、钛钛及及钛钛合金合金焊焊接特点接特点9.钛钛及及钛钛合金密度小，合金密度小，强强度高，良好的塑性和度高，良好的塑性和韧韧性，足性，足够够的抗腐的抗腐蚀蚀性和性和高温高温强强度，最度，最为为突出的特点是比突出的特点是比强强度高。度高。因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工业业生生产产中得到了广泛中得到了广泛应应用，尤其是用，尤其是钢钢+铁铁的双金属的双金属焊焊接接结结构构应应用更用更为为广泛。广泛。因此，因此，对钢对钢与与钛焊钛焊接的研究更接的研究更为为迫切。迫切。2、钛钛及及钛钛合金合金焊焊接特点接特点10.图图12所示所示为铁为铁钛钛合金状合金状态图态图。铁铁在在钛钛中的溶解度极低，中的溶解度极低，焊焊接接时焊缝时焊缝金属中容易形成金属金属中容易形成金属间间化合物化合物FeTi、Fe2Ti，使接，使接头头金属塑性金属塑性严严重下重下降，脆性增加。与不降，脆性增加。与不锈钢焊锈钢焊接接时时，钛还钛还会与会与Fe、Cr、Ni形成更加形成更加复复杂杂的金属的金属间间化合物，使化合物，使焊缝严焊缝严重脆化，甚至重脆化，甚至产产生裂生裂纹纹、气孔、气孔。因此，最。因此，最好避免采用熔好避免采用熔焊焊方法，尽量采用方法，尽量采用压焊压焊或或钎钎等等方法。方法。2、钢钢与与钛钛及其合金的及其合金的焊焊接特性接特性11.