一、鈦合金常見焊接方法
選擇鈦合金的焊接方法時(shí)，要考慮鈦合金的物理性能、化學(xué)性能和冶金特點(diǎn)。由于鈦在高溫下很活潑，極易吸收空氣中的氧、氫、氮等雜質(zhì)，危害焊接接頭質(zhì)量，因此在焊接時(shí)必須在氬氣保護(hù)下或真空中焊接。同時(shí)，由于鈦合金的比熱容低、導(dǎo)熱性能差、熱影響區(qū)容易過熱，因此需要選擇能量集中的焊接方法。
目前來說，針對常見的鈦管，鈦無縫管的焊接的方法有以下幾種，分別是：熔化極氬弧焊，等離子焊，電子束焊，激光焊，電阻焊，釬焊，鎢極氬弧焊等。
1、熔化極氬弧焊
熔化極氬弧焊（MIG 焊）采用氬氣作為保護(hù)氣體，使用焊絲作為熔化電極，其特點(diǎn)是熔敷速度較高，焊接變形小，適用于中厚度鈦材的焊接，并且采用直流反接的方法。雖然MIG 焊有生產(chǎn)效率高、焊接變形小的特點(diǎn)，但在焊接過程中，熔滴以細(xì)顆粒的形式過渡，填充金屬容易受到雜質(zhì)污染，飛濺問題相對嚴(yán)重，影響焊縫成形和氣體保護(hù)效果，焊縫成形不如鎢極氬弧焊。
2、等離子弧焊
采用氬氣保護(hù)的等離子弧焊，也常用于鈦及鈦合金的焊接。等離子弧焊具有線能量大、單面焊雙面成形、得到的焊件受熱面積小、變形小、氣孔少等優(yōu)點(diǎn)，非常適合鈦合金的焊接。等離子弧的能量密度介于鎢極氬弧焊和電子束之間，用等離子弧焊接鈦及鈦合金時(shí)，熱影響區(qū)較窄，焊接變形也較易控制。與鎢極氬弧焊相比，等離子弧焊焊接后的鈦材有幾乎相同的強(qiáng)度、更好的塑性，另外等離子弧焊生產(chǎn)效率高于鎢極氬弧焊。但是，等離子弧焊焊接設(shè)備成本高，焊接操作要求高，同時(shí)焊接時(shí)伴隨著較強(qiáng)的輻射、大量煙塵、噪音。等離子弧較其它電弧的光輻射強(qiáng)度更大，尤其是紫外線的強(qiáng)度大，對皮膚損傷嚴(yán)重；焊接中伴隨有大量汽化的金屬蒸氣、臭氧、氮化物等，對焊工的身體健康不利。
3、電子束焊
電子束焊在物理本質(zhì)上是利用真空電子槍產(chǎn)生高能電子束轟擊焊接接縫，高速電子與焊件發(fā)生碰撞時(shí)將其動(dòng)能轉(zhuǎn)送給焊件，使之加熱熔化。電子束焊的電子束斑直徑小，形成的焊縫窄而小，焊縫深寬比達(dá)到 20:1，單次可焊透工件 100 -250 mm 以上。電子束具有焊接熱量集中，功率密度高，熱效率高，熱影響區(qū)小，焊接變形小等特點(diǎn)。由于電子束焊焊接熱輸入較小，冷卻速度比較快，另外高溫停留時(shí)間短，焊后晶粒為較均勻的等軸晶，使得焊接接頭強(qiáng)度較高，塑性降低。但是，電子束焊要求在嚴(yán)格的高真空環(huán)境中進(jìn)行焊接，無形中增加了成本，對焊接接頭的裝配要求也較為嚴(yán)格。
4、激光焊
激光焊接是利用激光能量密度高，電磁能相干性好、單色性強(qiáng)、方向性好的特點(diǎn)進(jìn)行焊接的方法。激光焊將強(qiáng)大的光源聚焦在一個(gè)很小的區(qū)域，使該區(qū)域內(nèi)的金屬熔化，實(shí)現(xiàn)材料間的連接。為了避免氧、氫、氮等雜質(zhì)元素的影響，在激光焊接過程中需要使用氬氣進(jìn)行保護(hù)。采用激光焊焊接鈦得到的熱影響區(qū)小，焊件變形小，焊接準(zhǔn)確；焊接時(shí)可通過玻璃窗進(jìn)行焊接，不需與焊接區(qū)直接接觸，不受磁場的影響，焊接時(shí)不需要焊料，焊接時(shí)間短；國內(nèi)外許多學(xué)者對TC4等鈦合金的激光焊進(jìn)行了研究，證明了激光焊是一種焊接鈦合金的有效方法。
5、電阻焊
鈦的電阻率大，導(dǎo)熱性小，較易進(jìn)行電阻焊。電阻焊利用電流通過焊接接觸面間的電阻產(chǎn)生熱量，同時(shí)對焊接處加壓進(jìn)行焊接，利用電阻電焊焊接鈦板時(shí)不需要進(jìn)行惰性氣體保，這是因?yàn)楹盖按该嬉呀?jīng)在壓力下緊密接觸，不易受大氣污染。采用閃光焊的方法可以焊接管類鈦材。但是，電阻焊的焊接接頭抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度要明顯低于鎢極氬弧焊、電子束焊等方法得到的焊接接頭，此外電阻焊設(shè)備成本較高也限制了電阻焊的應(yīng)用。
6、釬焊
釬焊方法適用于受載不大或在常溫下工作的接頭，尤其適用于精密、微型復(fù)雜零件及多釬縫焊件鈦合金零件。鈦及鈦合金的釬焊一般選擇在真空或者氬氣環(huán)境下進(jìn)行。常用的釬焊材料大致可分為 Ag 基、Al 基、Pd 基和 Ti-Zr 基這四類。目前，鈦的釬焊技術(shù)在航空、航天和民用工業(yè)等領(lǐng)域得到了越來越廣的應(yīng)用。
7、鎢極氬弧焊
鎢極氬弧焊是焊接鈦合金中最常用的焊接方法，主要用于 10 mm 以下厚度材料的焊接。在焊接過程中，電極和周圍的電弧區(qū)處在惰性氣體氬氣的保護(hù)之中，能夠得到優(yōu)質(zhì)焊縫。鎢極氬弧焊具有焊接熱量集中、焊接質(zhì)量好、焊縫區(qū)無熔渣的特點(diǎn)，適合焊接鈦合金薄板及全位置管道焊接。鎢極氬弧焊也存在著一些不足，例如生產(chǎn)效率低。鎢極的載流能力低，焊接時(shí)不宜采用大電流，焊接線能量小，焊接生產(chǎn)效率低。釷鎢極相較于純鎢極有更高的載流能力，不容易燒損，在焊接時(shí)一般采用釷鎢極可減小焊縫夾鎢和增大焊接熱輸入。
二、焊接方法的選擇
選擇合適的焊接方法時(shí)，首先應(yīng)從焊接質(zhì)量上分析。在焊接工業(yè)純鈦中而熔化極氬弧焊焊接質(zhì)量較差，電阻焊、釬焊焊接接頭力學(xué)性能較差鎢極氬弧焊，而等離子弧焊、電子束焊、激光焊的焊后焊接接頭性能都達(dá)到了相關(guān)要求。其次，需要考慮設(shè)備成本以及鈦管現(xiàn)場施工因素。電子束焊、激光焊成本高以及不能在施工現(xiàn)場焊接的缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約了其應(yīng)用于鈦管焊接。等離子弧焊和鎢極氬弧焊都可以滿足現(xiàn)場焊接鈦管的需要，但是等離子弧焊產(chǎn)生噪音、輻射、煙塵很大，不利于工人長期工作，而且設(shè)備成本較高。所以在現(xiàn)場焊接時(shí)，一般更傾向于選擇采用鎢極氬弧焊（TIG 焊）。
TIG焊后的抗拉強(qiáng)度和伸長率好，焊縫與母材熔接穩(wěn)定，焊接質(zhì)量能夠符合大多數(shù)情況的要求。同時(shí)考慮到鈦管焊接現(xiàn)場的條件，TIG焊更易于實(shí)施，應(yīng)用比較廣泛。
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