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钛合金焊接,焊前预热和焊后热处理

浏览:5 发表时间:2019-01-22 17:43:10

钛合金焊接过程中,由于加热和冷却的不均匀性,以及构件本身产生拘束或外加拘束,在钛合金焊接工作结束后,在构件中总会产生钛合金焊接应力。钛合金焊接应力在构件中的存在,会降低钛合金焊接接头区的实际承载能力,产生塑性变形,严重时,还会导致构件的破坏。

1.焊前预热

焊前预热及焊后热处理对于保证钛合金焊接质量非常重要。重要构件的钛合金焊接、合金钢的钛合金焊接及厚部件的钛合金焊接,都要求在焊前必须预热。焊前预热的主要作用如下:
(1)预热能减缓焊后的冷却速度,有利于焊缝金属中扩散氢的逸出,避免产生氢致裂纹。同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度,提高了钛合金焊接接头的抗裂性。
(2)预热可降低钛合金焊接应力。均匀地局部预热或整体预热,可以减少钛合金焊接区域被焊工件之间的温度差(也称为温度梯度)。这样,一方面降低了钛合金焊接应力,另一方面,降低了钛合金焊接应变速率,有利于避免产生钛合金焊接裂纹。
(3)预热可以降低钛合金焊接结构的拘束度,对降低角接接头的拘束度尤为明显,随着预热温度的提高,裂纹发生率下降。

预热温度和层间温度的选择不仅与钢材和焊条的化学成分有关,还与钛合金焊接结构的刚性、钛合金焊接方法、环境温度等有关,应综合考虑这些因素后确定。另外,预热温度在钢材板厚方向的均匀性和在焊缝区域的均匀性,对降低钛合金焊接应力有着重要的影响。局部预热的宽度,应根据被焊工件的拘束度情况而定,一般应为焊缝区周围各三倍壁厚,且不得少于150-200毫米。如果预热不均匀,不但不减少钛合金焊接应力,反而会出现增大钛合金焊接应力的情况。

2.焊后热处理

焊后热处理的目的有三个:消氢、消除钛合金焊接应力、改善焊缝组织和综合性能。
焊后消氢处理,是指在钛合金焊接完成以后,焊缝尚未冷却至100℃以下时,进行的低温热处理。一般规范为加热到200~350℃,保温2-6小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出,对于防止钛合金焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。

消应力热处理是使焊好的工件在高温状态下,其屈服强度下降,来达到松弛钛合金焊接应力的目的。

常用的方法有两种:一是整体高温回火,即把焊件整体放入加热炉内,缓慢加热到一定温度,然后保温一段时间,最后在空气中或炉内冷却。用这种方法可以消除80%-90%的钛合金焊接应力。另一种方法是局部高温回火,即只对焊缝及其附近区域进行加热,然后缓慢冷却,降低钛合金焊接应力的峰值,使应力分布比较平缓,起到部分消除钛合金焊接应力的目的。有些合金材料在钛合金焊接以后,其钛合金焊接接头会出现淬硬组织,使材料的机械性能变坏。

此外,这种淬硬组织在钛合金焊接应力及氢的作用下,可能导致接头的破坏。如果经过热处理以后,接头的金相组织得到改善,提高了钛合金焊接接头的塑性、韧性,从而改善了钛合金焊接接头的综合机械性能。


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