保护气体流量对焊缝质量的影响.doc

TC4钛合金的活性焊剂钨极氩弧焊工艺研究（五） ——保护气体流量对焊缝质量的影响 王 纯 西安交通大学 （邮编710049） [摘要] 　本论文针对δ1.5的TC4钛板手工直流A-TIG焊，分析了保护气体流量对焊缝质量的影响。 关键词：钛合金，活性焊剂，氩弧焊，保护气体 钛在地壳中的含量约为0.64%，在金属元素中仅次于铝、铁和镁，居第四位[1]，为铜的60倍，钼的600倍。钛合金具有很多优良性能：钛的比重为4.5mg/m3，仅为普通结构钢的57%；钛合金的强度可与高强度钢媲美；具有很好的耐热和耐低温性能，能在550℃高温下和零下250℃低温下长期工作而保持性能不变；具有很好的抗腐蚀能力，把钛合金放在海水中泡上几年，仍能保持光亮。此外，钛的导热系数小、无磁性，某些钛合金还具有超导性能、记忆性能和贮氢性能等。正是因为这些优点，钛金属被称为“太空”金属、“海洋”金属以及21世纪最有发展前景，继钢铁、铝之后的第三金属[2]。 TC4不仅具有良好的室温、高温、低温力学性能，且在多种介质中具有优异的耐蚀性，既可以焊接、冷热成型，也可以热处理强化，所以在钛合金中应用最广泛，在美国约占钛市场的56%，在中国和日本约占钛合金产量的一半。 钛合金作为一种广泛应用的结构材料，要解决的关键工艺技术问题就是连接问题，焊接无疑是首选的一种先进连接方法。钛合金的压制、轧制和模压品等零部件的制造都离不开焊接，铸件缺陷的修补也离不开焊接。 目前国内在钛产品焊接过程中使用最普遍的是TIG焊，包括手工、自动或半自动，国内钛设备制造过程中几乎95%以上的焊接工作是采用手工TIG焊完成的[3]。 为了提高TIG焊的焊接效率，降低成本，扩大TIG焊的应用范围，特别是在厚板焊接的应用，国内外的焊接工作者进行了大量关于增加TIG焊熔深方面的研究。近年来，一种新型高效的焊接方法——活性焊剂钨极氩弧焊(Activating Flux TIG，简称A-TIG)越来越引起世界范围内人们的关注。A-TIG焊就是预先在工件表面均匀地涂上一层很薄的细粒状的活性化焊剂，然后进行TIG焊的方法[4]。它能在保证焊缝质量的基础上，使焊接熔深显著增加，从而大大提高焊接生产效率，降低生产成本。 产品升级换代和结构调整方面潜力巨大，而焊接技术和工艺是钛合金材料进一步推广应用必须解决的关键问题之一。A-TIG焊技术操作简便，设备简单，价格便宜，适于大规模和常规应用，因此研究钛合金A-TIG焊技术对改变我国钛业的应用现状有着十分现实的实践意义。 本研究立足西飞公司的现状，使用A-TIG焊技术，分析飞机制造中经常使用的钛合金TC4薄板(δ1.5~4.0)的焊接保护气体流量对焊缝质量的影响，为其它钛合金材料A-TIG焊接技术奠定基础，旨在为推进A-TIG焊工艺在钛合金结构件上的应用提供理论和实践依据。 焊接试验 1.1 工艺方案 待焊材料为δ1.5的TC4钛板。TC4焊丝直径为1.6mm。 本试验采用手工直流A - TIG焊，接头形式采用常规平板对接，不开坡口，δ1.5钛板的预留试样间隙分别为0.2mm，填加焊丝，单道焊。在保证焊透的前提下，观察保护气体流量对焊缝质量的影响。 1.2 试验方法 焊接装置 采用的焊接装置见图1。 图1 焊接装置示意图 选用高纯氩气作保护气体，氩气纯度为≥99.999%，氩气瓶中的压力低于1.01MPa时，停止使用。 焊接电源为美国俄亥俄州林肯电气公司(The Lincoln Electric Company)生产的TIG375型交直流氩弧焊机，其网路电压波动不大于±10%，具有陡降外特性、有良好的动特性，能方便地调节焊接规范，并能在所需的规范下稳定工作，引弧方式为高频引弧。 对喷嘴进行了改造(见图2)：增加缓冲室的长度和直径，将气流分为内、中、外三层；增加气体透镜装置，强制气体生成层流层，增加气流挺度，在气体透镜和喷嘴之间形成第三层保护气流层，进一步扩大保护范围；增加通道直径，扩大保护面积；减少通道长度，提高气体挺度。 电极采用钍钨极(EWTh-1)，用于δ1.5钛板的钨极直径为1.6mm。在每条焊缝焊接之前，均重新研磨电极，使其端部为带有圆顶的锥形，以改善引弧，便于控制电弧方向，减小焊接过程中钨极的烧损以保证焊接参数一致。 缓冲室 气体透镜 通道 图2 改造后的焊枪喷嘴部分 焊接工装 高温下钛合金与氧、氮、氢等物理化学反应的亲和力大，易引起焊接接头脆化、接头裂纹、焊缝气孔等缺陷。在大气中进行TIG焊时，焊接部位的正反两面都要用氩气保护。事实上，钛合金的焊接成功与否，很大程度上取决于保护技术。焊接时不仅要保护熔池，而且要保护己凝固、但温度尚在400℃以上的焊缝及高于此温度的热影响区，焊缝背面同样必须保护。 一般在焊枪后紧接一