钛钢钛爆炸复合板拼接工艺研究(3)

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1.4复合板焊接特性分析文献综述

1.4.1 钛与钢异种金属的焊接

异种金属的焊接性主要取决于它们物理性能和化学结晶性能的差别。钛的熔点为1677℃，线胀系数为8.2×10-6K-1，热导率为13．8 W／(m·K)。钢的基体是铁，铁的熔点为1537℃，线胀系数为11．76×lO-6K-1，热导率为66.7 W／(m·K)。从钛铁二元相图可以知道，铁在a—Ti中的溶解度极低，常温下为0．05％一0．1％。当Fe的含量超过0.1％时，则合金内就会形成金属间化合物TiFe及TiFe2。TiFe、TiFe2是硬脆的金属间化合物，可使合金的强度大大提高，但是合金的塑性急剧降低。

因此，钛与钢直接熔焊时，会产生以下两个方面的问题：

(1)由于钛和铁的线膨胀系数、热导率相差较大，造成焊缝冷却过程中的收缩不均匀，导致接头中形成较大的内应力。

(2)当钛与钢直接熔焊时，焊缝中的含铁量将大大超过在钛中的溶解度范围，焊缝中极易形成大量硬脆的金属间化合物和与金属间化合物相互作用而形成的低熔点共晶体。此外，钛还是强碳化物形成元素，与钢中的碳极易形成脆性的TiC。这些金属间化合物、低熔点共晶体和碳化物急剧地降低合金的塑性，使得焊缝变得极脆。

综合上述原因，钛与钢的焊缝在焊接过程中极易形成裂纹，钛与钢之间直接采用熔焊的方法形成连续的焊接接头几乎是不可能的。目前，从国内外的文献来看，钛钢复合板的焊接多采用钛与钢互不直接相熔的接头形式。在钛钢复合板的焊接中，要注意防止铁离子对钛覆层焊接区域造成污染，以免焊缝中形成脆性的金属间化合物和低熔点共晶体[11]。

1.4.2 工业纯钛的焊接特性

钛具有很高的活泼性。在高温下与氧、氮、碳、氢等亲和力很强。在300℃以上就开始吸氢，在600℃以上就大量吸氧和氮。氢溶于钛中，不仅导致产生气孔，而且冷却时析出的钛氢化合物能剧烈地降低材料的韧性，在组织应力作用下还会产生裂缝。氧和氮与钛生成的化合物能使焊接接头的硬度提高，塑性严重下降。高温下钛与碳生成碳化钛也能使焊缝塑性下降，产生裂缝[12]。因此，在钛的焊接时除材料本身应严格控制这些杂质外，在焊接前还必须做严格细致的准备工作，清除焊接部位的污染物。为了保证焊接质量，焊接过程中还必须采取有效措施可靠保护焊接熔池和高于400℃以上的焊接区域，使之免受空气污染。

钛的熔化温度高，导热系数小，热容量大，因此焊接时高温区较宽，高温停留时间长，冷却速度慢，这就使焊接接头易产生过热组织，晶粒粗大，降低塑性。根据这个特点，要求焊接区以快速冷却为宜。但当焊缝冷却速度太快时，易产生不稳定的组织相，使塑性下降而变脆。由此看出，为了使焊接接头有良好的机械性能，还必须选择合适的焊接规范，以便使过热倾向和淬硬倾向都相对的小。来~自^751论+文.网www.751com.cn/

由于钨极氩弧焊具有有效的隔绝周围的空气不和金属起化学反应，电弧稳定，热输入易调整，飞溅小的优点，可以使焊接过程中的冶金反应简单而且容易控制，因此可以获得较高质量的焊缝。所以试验中采用钨极氩弧焊的焊接方法。

1.5本论文研究内容

本论文是针对2mm的TA1与6mm的Q235B及2mm的TA1爆炸复合板材，使用OTC DP400焊机和氩弧焊机MR315，对钢层采用脉冲熔化极气体保护焊，对第一个钛层采用钨极氩弧焊的焊接方法，对第二个钛层采用钨极氩弧焊焊接提前切割下的钛板垫层，通过组合不同的焊接工艺参数进行分组实验，得到不同工艺参数下相对应的焊接接头，最终优化出一套焊缝成型较为美观的焊接参数。试验测试了焊接接头的硬度，利用金相显微镜分析了焊接接头的微观组织并做了电镜扫描分析其元素扩散情况。