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鈦合金氬弧焊接特性措施及缺陷處置

文檔作者：方文鵬胡進(jìn) 丁麗麗文檔來源：空軍第一航空學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年03月19日
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Welding Applications應(yīng)用廣角
現(xiàn)代焊接年第期總第5期3
［摘要］
［關(guān)鍵詞］
本文根據(jù)鈦合金在常溫和高溫時(shí)對(duì)H 、O 、N 等化學(xué)元素的不同反應(yīng)，分析其焊接特性，在此基礎(chǔ)上
提出鈦合金焊接中必須采取的措施，重點(diǎn)討論鈦合金焊接過程常見缺陷、原因和處置的方法。
鈦合金；焊接特性；缺陷處置
2 2 2
作者簡(jiǎn)介：方文鵬（1951- ），男， 副教授，畢業(yè)于空軍工
程大學(xué)機(jī)電一體化專業(yè)， 從事熱加工（焊接）專業(yè)教學(xué)與
科研工作。
鈦合金氬弧焊接特性、
措施及缺陷處置
空軍第一航空學(xué)院方文鵬胡進(jìn)丁麗麗
鈦合金具有比重小，比強(qiáng)度高，
熔點(diǎn)高，導(dǎo)熱性差，耐酸、堿、鹽等
優(yōu)良性能，是航空航天重要的結(jié)構(gòu)材
料，普遍應(yīng)用于現(xiàn)代飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的
進(jìn)氣機(jī)匣、葉片、低壓靜子環(huán)、低壓
機(jī)匣、加力燃燒室殼體、蒙皮、隔熱
板等部件的制作，在石油、化工和船
舶工業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛。
不同類型及牌號(hào)的鈦合金其同位
異構(gòu)體有所不同，但其焊接特性都有
如下共同點(diǎn)：
常溫時(shí)鈦合金的物理化學(xué)性能穩(wěn)
定，其生成的氧化膜具有很好的致密
性和抗腐蝕性，但隨著溫度的升高，
其致密性和抗腐蝕性逐漸變差。焊接
時(shí)，當(dāng)焊縫溫度＞540℃時(shí)，其致密
性和抗腐蝕性顯著變差，材料很容易
被空氣、水分和油污等污染，金屬將
1 鈦合金的焊接特性[1] [2]
1.1 接頭脆化
吸收O、N、H、C等元素，使接頭脆
化，使其塑性和韌性降低，在焊縫金
屬熔化狀態(tài)下，這種情況更加嚴(yán)重。
嚴(yán)格控制上述元素對(duì)焊接區(qū)域材料的
污染能減小鈦合金焊接接頭脆化。
鈦合金的高熔點(diǎn)、大熱容量以及
差的導(dǎo)熱性，很容易使焊縫及近縫區(qū)
在長(zhǎng)時(shí)間高溫下產(chǎn)生粗大晶粒，其后
果也使其塑性和韌性降低。控制焊接
熱輸入并減少加熱時(shí)間可有效降低晶
2
1.2 晶粒粗大
2 2 粒粗化程度。
氣孔是鈦合金焊接常見的缺陷，
O、N、H、CO、H O等元素都可能引
起焊縫氣孔，但一般認(rèn)為氫是引起氣
孔的最主要原因。氫在鈦中的溶解度
隨溫度升高而降低，在凝固溫度處有
躍變，故鈦合金焊接時(shí)中部的氫易向
熔池邊緣擴(kuò)散集結(jié)，在熔合線附近形
成氣孔。
1.3 氣孔傾向明顯
1.4 易形成冷裂紋
2 2 2 2
類別
局部保護(hù)
增強(qiáng)冷卻
保護(hù)位置
熔池及其周圍
溫度≥400℃的
焊縫背面及熱
影響區(qū)
焊縫及熱影響區(qū)
保護(hù)措施
采用橢圓形噴嘴，增加氬氣流量
1）附加保護(hù)罩或雙層噴嘴
2）焊縫兩側(cè)附加吹氬
3）設(shè)置焊縫擋板，限制氬氣流動(dòng)
1）充氬墊板或焊件內(nèi)腔充氬
2）局部附加吹氬
3）貼靠金屬板
1）柔性箱體（尼龍薄膜、橡膠等），不抽真
空多次充氬，仍須噴嘴保護(hù)
2）剛性箱體或柔性箱體附加剛性罩，抽除空
氣再充氬
1）加快冷卻速度（通水等）
2）用適應(yīng)焊件形狀的工裝導(dǎo)熱
3）減小熱輸入
特點(diǎn)
配合其他保護(hù)措
施以增強(qiáng)保護(hù)效
果
充氬箱保護(hù)
溫度≥400℃及
熱影響區(qū)
整個(gè)工件
適用于焊接形狀
規(guī)則、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
的焊件，操作靈
活、方便
適用于結(jié)構(gòu)形狀
復(fù)雜的焊件，可
達(dá)性差
表1 氬弧焊接鈦合金保護(hù)措施[1 ]
Welding properties, measures and defect disposal of Ti alloy argon arc welding
2010 1 8 J- 9
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現(xiàn)代焊接 年第 期 總第 5期
應(yīng)用廣角We lding Applications
鈦合金焊接時(shí)極易受O 、、
等雜質(zhì)污染，其結(jié)果將使接頭產(chǎn)生較
大的焊接應(yīng)力，在該應(yīng)力的作用下，
焊縫從高溫冷卻（尤其是過快冷卻）
時(shí)將產(chǎn)生冷裂紋。上述雜質(zhì)中，氫是
產(chǎn)生焊接內(nèi)應(yīng)力的主要原因，所以，
應(yīng)盡可能控制焊縫金屬氫的含量，以
減少冷裂紋的產(chǎn)生。
從鈦合金的焊接特性可以看出，
鈦合金焊接時(shí)影響材料性能的最主要
2 氬弧焊接鈦合金的保護(hù)措施
2 2 2 H N
處置方法
1）調(diào)節(jié)焊接電流、減小填充材料的直徑或截面積；
2）降低填充材料投送速度。
1）減小焊接電流，降低填充材料投送速度；
2）增加焊接速度。
1）減小焊接電流；2）減小工件間隙；
3）增加焊接速度和填充材料投送速度。
1）減小反面保護(hù)氣體流量；2）增大焊接電流；
3）加快填充材料投送速度；4）降低焊接速度。
1）確定合理坡口尺寸、減小工件裝配間隙；2）減小焊接
電流；3）加快焊接速度；4）使填充材料與母材性能一致。
1）減小電弧長(zhǎng)度；2）使焊槍有規(guī)則運(yùn)動(dòng)；
3）更換或打磨電極矯直焊絲）；4）排除造成電流、
電壓不穩(wěn)定因素；5）使填充材料與母材性能一致；
6）徹底清理工件或填充材料表面。
1）清潔壓板、墊板；更換已損壞的壓板、墊板；
2）重新裝配零件。
1）降低焊接電流和電弧電壓；2）增加焊接速度；
3）減小工件間隙。
1）降低電弧電壓，解決電弧漂移；2）增大焊接電流；
3）降低焊接速度；4）更換或打磨電極矯直焊絲；
5）使填充材料與母材性能一致。
1）檢查氬氣純度應(yīng)為99.99%；2）調(diào)節(jié)氬氣流量增加或
減小；3）徹底清理工件或填充材料表面油污或氧化物；
4）壓縮電弧長(zhǎng)度；5）更換噴嘴。
1）使用裝有電流衰減裝置設(shè)備或使用衰減功能；
2）減小衰減速度；3）使用工藝板片。
1）清潔零件、填充材料和夾具、墊板；
2）調(diào)節(jié)好焊接參數(shù)當(dāng)Vs＞3Vh時(shí)，易出現(xiàn)氣孔；
3）氬氣流量適當(dāng)，保護(hù)效果要好。
1）使填充材料與母材性能一致；2）選取最佳工藝參數(shù)；
使用電流衰減裝置和工藝板片；3）焊前材料的熱處理狀
態(tài)和焊前預(yù)熱要正確；4）焊后的后熱和熱處理要正確。
1）徹底清理焊件和填充材料表面；2）減小鎢極伸出長(zhǎng)
度；焊接過程中避免鎢極碰觸工件；3）更換大直徑鎢極。
序號(hào)
6
9
10
12
13
缺陷現(xiàn)象
焊縫不規(guī)則
焊縫之間或填充
材料與母材之間
融合不好
氣孔
裂紋
原因
1）焊接電流與填充材料截面不匹配；
2）填充材料投送速度太快。
1）焊接電流太大，投送填充材料速度太快；
2）焊接速度太慢。
1）焊接電流太大；2）工件間隙太大；
3）焊接速度和填充材料投送速度太慢。
1）反面保護(hù)氣體流量太大；2）焊接電流太小；
3）填充材料投送速度太慢；4）焊接速度太快。
1）工件坡口和間隙太大；2）焊接電流過大；
3）焊接速度太慢；4）填充材料與母材性能差異太大。
1）電弧太長(zhǎng)且有飄擺；2）焊槍運(yùn)動(dòng)不規(guī)則；
3）鎢極端頭焊絲彎曲、規(guī)則；4）焊接電流和電弧
電壓不穩(wěn)定；5）填充材料與母材性能差異太大；
6）工件或填充材料表面清理不徹底。
1）夾具墊板、壓板損壞，壓緊不好；
2）零件裝配不好。
1）焊接電流和電弧電壓太大；2）焊接速度太慢；
3）工件間隙過大。
1）電弧電壓太大，電弧有漂移；2）焊接電流太小；
3）焊接速度太快；4）鎢極端頭焊絲彎曲、不規(guī)則；
5）填充材料與母材性能差異太大。
1）氬氣純度不夠；2）氬氣流量不合適；
3）工件或填充材料表面清理不徹底；4）電弧太長(zhǎng)；
5）噴嘴損壞。
1）設(shè)備無電流衰減裝置或未使用衰減裝置；
2）衰減速率太大。
1）焊件、填充材料、夾具壓板、墊板清理不干凈；
2）焊接工藝參數(shù)選擇不當(dāng)電流過小、焊速過快、弧
長(zhǎng)太長(zhǎng)；3）氬氣保護(hù)效果不好過大、過小、紊流。
1）填充材料選擇不當(dāng)；2）焊接工藝參數(shù)選擇不當(dāng)；
3）焊前預(yù)熱及熱處理不當(dāng)；4）焊后的后熱及熱處
理不當(dāng)；
1）焊件、填充材料不干凈；2）TIG焊時(shí)鎢極污染了
熔池金屬；3）TIG焊時(shí)鎢極直徑太細(xì)。
表2 鈦合金氬弧焊常見缺陷、原因及處置方法
1
2
3
4
5
7
8
11
14
焊縫正面余高過量
焊縫反面余高過量
正面焊縫凹陷
反面焊縫凹陷
燒穿
接頭邊緣錯(cuò)位
正面焊縫過寬
焊縫表面呈黃、
藍(lán)、灰色
弧坑
夾雜
問題是焊縫脆化、晶粒粗大、裂紋和
氣孔，為了提高焊接質(zhì)量，可以對(duì)焊
縫區(qū)域采取如表1所示保護(hù)措施。
鈦合金氬弧焊無論是TIG焊還是
MIG焊，產(chǎn)生焊接缺陷的現(xiàn)象、原因
和處置方法有所差異，但也有許多共
同點(diǎn)。表2列出其常見缺陷的現(xiàn)象、原
因并提出了處置的方法。
3 鈦合金氬弧焊常見缺陷及處
置方法
4 結(jié)束語
參考文獻(xiàn)
詳細(xì)了解鈦合金氬弧焊接的特性
及必須采取的保護(hù)措施，明確鈦合金
氬弧焊接時(shí)常見故障的現(xiàn)象、原因以
及對(duì)故障的正確處置方法，可以充分
發(fā)揮設(shè)備效能、保證焊接質(zhì)量、提高
經(jīng)濟(jì)效益。
[1]陳祝年編著.焊接工程師手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出
版社. 2002.
[2]航空制造工程手冊(cè)總編委會(huì)主編. 航空制造工程
手冊(cè)焊接, 北京：航空工業(yè)出版社6
J- 40 2010 1 8
. .199 .

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