工业纯钛的焊接工艺编制要点.doc

绪 论 钛及钛合金是一种优良的结构材料，它可以和不锈钢、镍基合金争夺应用范围。近年来已在石油化工设备上广泛应用。由于我国钛矿贮量丰富,因此钛及其合金作为石油化工设备新型的抗腐蚀材料有着广阔的前途。在航空、航天、火箭、人造卫星、造船、化工、冶金、造纸、食品、化纤、电镀等工业部门中由于采用钛及钛合金后，提高了设备的使用寿命、生产率，并减轻了结构的重量，从而获得显著的经济效益。 钛合金在航空、火箭、宇航技术部门应用较多，如1979年美国有60%以上的钛合金用于喷气发动机、导弹、飞行器等的制造。早在1957年美国火箭技术部门就开始采用钛合金制造高压容器、燃料箱和发动机壳体。1964年采用钛合金制造宇宙飞行器上的框架、高压容器。这些零、部件都是焊接结构。在航空工业中钛及钛合金用于制造某些飞机的喷气发动机排气系统、机身的尾段、蒙皮、消防隔板等。在亚音速飞机上采用钛合金制造大梁、滑轨、机壳等部件时可以减轻重量40%。 随着钛的加工和焊接技术问题的解决，钛及钛合金在民用工业部门中的用量及其使用范围也在逐步扩大。作为一种耐腐蚀介质的结构材料——纯钛，在化学工业中得到了广泛的应用。当它用于与强腐蚀介质接触的化工设备中时，可显著地延长设备的使用寿命、检修周期，并提高了产品的质量。纯钛还常用于生产氯气、纯碱、有机染料、人造纤维的设备上，以及用来制造热交换器、蒸发器、气体洗涤器、干燥器、稀硫酸贮槽、大型通片管道、盒形烟道、泵等产品。 工业纯钛是一种银白色金属，密度小，熔点高，线膨胀系数小，导热行差。工业纯钛不含合金元素，不能热处理强化。工业纯钛的熔点高（1668℃）比强度大，并具有很高的化学活性。当钛暴露于空气中时，既会在表面上形成一层致密的、非常稳定的氧化膜，用于该层薄膜的保护作用，使钛在硝酸、稀硫酸、稀盐酸、磷酸、氯盐溶液、各种浓度的碱液中具有优良的耐蚀性。 第一章工业纯钛的焊接性分析 1.1工业纯钛的物理化学性能 随着纯钛加热温度的增高，其化学活性迅速增大，并在固态下能强烈地吸收各种气体。例如：将纯钛板加热至300℃时，在钛板表面就会吸收氢气；而加热至400℃时即吸收氧气；在600℃时吸收氮气。含有氢、氧、氮等元素的纯钛，强度显著提高，而塑性急剧下降。 工业纯钛的再结晶温度在550—650℃间。钛在885℃以下时呈密排六方晶格，称α钛，其密度为4.51 g/cm3；当加热至885℃以上时变成体型立方晶格，称β钛，密度为4.31 g/cm3。 工业纯钛中含有微量的碳、氧、氮、氢、铁、硅等杂质，这些杂质促使钛强化。根据杂质含量的不同，工业纯钛可分为TA1、TA2、TA3三种牌号，其化学成分及常温机械性能见表1。 表1 工业纯钛的化学成分及板材的室温机械性能 牌 号 化 学 成 分 % 状 态 板材厚度 mm 室温性能(不小于) 不小于 杂质 (不大于) σb kgf/mm2 δ % α ° Ti Fe Si C N H O TA1 99.5 0.15 0.10 0.05 0.03 0.015 0.15 退 火 0.3~2.0 2.1~10.0 35~50 40 30 140 130 TA2 99.2 0.30 0.15 0.10 0.05 0.015 0.20 退 火 0.3~1.0 1.1~2.0 2.1~10.0 45~60 35 30 25 100 100 90 TA3 99.0 0.40 0.15 0.10 0.05 0.015 0.30 退 火 0.3~1.0 1.1~2.0 2.1~10.0 55~70 30 25 20 90 90 80 钛的机械性能与纯度有关，钛纯度越高，强度越低，但塑性增加。杂质与钛形成脆性化合物，使塑性、韧性急剧降低，因此，钛中杂质受到严格限制。钛与钢、铝、铜的部分物理性能比较见表2。 表2 钛与钢、铝、铜的部分物理性能比较 材 料 比 重 （g/cm3） 熔 点 （℃） 导热系数 λ （卡/cm.秒℃） 容积比热 （卡/cm3 ℃） 电阻系数P (欧姆/cm 105) 工业纯钛 4.5 1680 0.039 0.68 54 不锈钢 7.9 1420 0.089 1.1 73 低碳钢 7.8 1530 0.096 1.15 15 铝 2.7 660 0.54 0.65 2.8 铜 8.9 1083 0.94 0.95 1.55 工业纯钛易于加工成型，但加工后会产生冷作硬化现象。为恢复塑性，一般采用真空退火处理，其温度问700℃，保温1h。工业纯钛具有优良的冲击韧度，尤其是低温下的冲击韧度。 1.2工业纯钛的焊接 钛及钛合金具有特定的物理、化学性能和热处理性能，为掌握钛及钛合金的焊接工艺，提高焊接接头的质量，必须了解钛及钛合金的焊接特性。 1