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钛合金为什么要用等离子焊

发布时间:2024-07-09 07:25:46

『壹』 钛合金焊接

目前针对TC4钛合金,多采用氩弧焊或等离子弧焊进行焊接加工,但该两种方法均需填充焊接材料,由于保护气氛、纯度及效果的限制,带来接头含氧量增加,强度下降,且焊后变形较大。采用电子束焊接和激光束焊接,研究了TC4钛合金的焊接工艺性,实现该种材料的精密焊接。

(1) 焊缝气孔倾向。焊缝中的气孔是焊接钛合金最普遍的缺陷,存在于被焊金属电弧区中的氢和氧是产生气孔的主要原因。TC4钛合金电子束焊接,其焊缝中气孔缺陷很少。为此,着重就激光焊接焊缝中形成气孔的工艺因素进行研究。

由试验结果可以看出,激光焊接时焊缝中的气孔与焊缝线能量有较密切关系,若焊接线能量适中,焊缝内只有极少量气孔、甚至无气孔,线能量过大或过小均会导致焊缝中出现严重的气孔缺陷。此外,焊缝中是否有气孔缺陷还与焊件壁厚有一定关系,比较试样试验结果可看出,随着焊接壁厚的增加,焊缝中出现气孔的概率增加。

(2) 焊缝内部质量。利用平板对接试样,采用电子束焊接和激光焊接来考察焊缝内部质量,经理化检测,焊缝内部质量经X射线探伤,达GB3233-87 II级要求,焊缝表面和内部均无裂纹出现,焊缝外观成型良好,色泽正常。

(3) 焊深及其波动情况。钛合金作为工程构件使用,对焊深有一定要求,否则不能满足构件强度要求;而且要实现精密焊接,必须对焊深波动加以控制。为此,采用电子束焊接和激光焊接方法分别焊接了两对对接试环,焊后对试环进行了纵向及横向解剖,来考察焊深及焊深波动情况,结果表明,电子束焊接焊缝平均焊深可达2.70mm以上,焊深波动幅度为-5.2~+6.0%,不超过±10%;激光焊接焊缝平均焊深约为2.70mm,焊深波动幅度为- 3.8~+5.9%,不超过±10%。

(4) 接头变形分析。利用对接试环来考察接头焊接变形,检测了对接试环的径向及轴向变形,结果表明,电子束焊接和激光焊接的变形都很小。电子束焊接的径向收缩变形量为f 0.05~f 0.09mm,轴向收缩量为0.06~0.14mm;激光焊接的径向收缩变形量为f 0.03~f 0.10mm,轴向收缩变形量为0.02~0.03mm。

(5) 焊缝组织分析。经理化检测,焊缝组织为a+b,组织形态为柱状晶+等轴晶,有少量的板条马氏体出现,晶粒度与基体接近,热影响区较窄,组织形态和特征较为理想。

经研究可得出:对于TC4钛合金,无论是激光焊接还是电子束焊接,只要工艺参数匹配合理,均可使焊缝内部质量达到国标GB3233-87Ⅱ级焊缝要求,实现TC4钛合金的精密焊接;焊缝外观成形良好,色泽正常;焊缝余高很小,无咬边、凹陷、表面裂纹等缺陷产生。

『贰』 钛阳极化处理工艺和酸洗钝化

耐磨性表面处理耐磨性是钛金属最大缺点,容易产生麻面等缺陷。钛表面处理方法有镀Cr、镀Ni的湿式镀膜法、溅射法、堆焊法、热扩散法等,此外较先进的如CVD、PVD、PVCD表面强化法。

1、 湿式镀膜是一种有效的耐磨表面处理方法,先镀Ni,再镀Cr。电解法成膜速度快,厚度几微米。

2、 溅射法是利用等离子流高速空气射流,使滴下的熔融金属喷洒在被处理材料表面,无须真空,效率快。

3、 堆焊法是利用等离子转移弧对钛表面进行堆焊硬化从而具有耐磨性。适合处理较大较厚的大型工件,方法简单,无须在高温下暴露防止力学性能下降。

4、 热扩散法主要用于钢铁材料的硬化处理如渗碳、氮化、硼化等热扩散工艺。离子氮化法与气体氮化不同,离子氮化采用辉光放电等离子体破坏钛表面氧化膜,效率高。近年来用于钛,温度达到850摄氏度,氮化膜厚度从0.7微米增到5.0微米,表面硬度达1200-1600Hv,耐磨性良好。

二、耐蚀性表面处理通常对钛金属及钛合金进行耐蚀性表面处理是为了防止钛在腐蚀性强的硫酸、盐酸等非氧化性酸水溶液中被腐蚀。故采用表面处理方法如下:

5、 大气氧化处理 钛金属及合金放置在高温大气中,氧化膜会增厚,且随时间延长及温度升高而厚度增加,从而放置钛的全面腐蚀及间隙腐蚀,方法简单,但耐久性不高。且有大气氧化处理条件,温度和时间的保障。

6、 贵金属涂覆 钛的氧化膜能保护钛被腐蚀,氧化膜的生成反应公式为:Ti +2H2O枣→TiO2 +4H+ +4e?/P> 该反应为阳极反应,可通过提高钛的电位使此反应进行,提高钛的氧化膜稳定性和耐腐蚀性。面积较大时,施加均一电压比较困难故而不适用此方法。贵金属在苛刻环境下也不容易被腐蚀,而且显高电位。因此在钛金属表面涂覆贵金属,有效提高其腐蚀性。通常使用钯(Pd)和钌(Ru)及他们的氧化物进行涂覆,耐腐蚀性非常好。

7、 干式工艺涂覆TiC、TiN膜(CVD、PVD、PCVD) TiC、TiN及TiCN耐腐蚀比Ti更好,方法有气体法、CVD、PVD、PCVD,须在远高于钛相变点温度下加热,使其组织、形状发生变化造成制品不能满足使用要求,CVD、PVD、PCVD法需要特殊设备,成本高,通常此类方法不用于提高耐腐蚀性,偶尔用于提高耐磨性。

三、匠性表面处理所以进行匠性表面处理,主要是因为钛金属广泛应用于建材、手表、眼镜等装饰品,使用钛金属主要是利用其优良的耐蚀性,然饰品需要表面鲜艳、光泽、时髦,故需要进行匠性加工。

1、表面精加工①研磨;②退火加酸洗,表面失去光泽,呈灰色;③真空退火+酸洗,表面呈深灰色;④喷丸(50-500微米玻璃珠),表面呈梨皮状;⑤密条纹加工,150-240#砂带研磨,使其具有长且连续的研磨条纹;⑥花纹压印加工,即凹凸加工,加工表面有凹凸的浮雕图案;⑦化学刻蚀图案。

2、镜面精加工

对于钛材料来说,镜面精加工较难。①软带抛光,表面有硬化层则效率低;②化学抛光,由温度、时间、抛光液因素影响;③电解抛光,无水有机电解液对钛有较好的电抛光作用。

3、着色钛表面本为银白色,着色处理通常有大气氧化法、阳极氧化法、化学处理法。

『叁』 钛合金用什么焊接

钛合金用直流氩弧焊接,对于气体的保护要求比较严格,一般是用大瓷嘴保护,背面充氩保护,而焊丝则选用钛合金通用性比较好的焊丝威欧丁301钛合金焊丝。

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