影响二手钛材焊接质量的因素

焊接是钛设备制造过程中的一项重要工艺，也是一门综合性科学技术。焊接方法很多，要根据钛设备或构件的设计构造和具体的应用条件来选择适宜的焊接方法。
选择焊接方法所遵循的原则是保证焊接接头的质量、生产效率高、操作简便、成本较低等。其中保证焊缝质量应放在。只有充分认识到影响焊接质量的方方面面的因素，采取有效技术和措施避免不利于焊缝成形的种种因素，才能达到保证焊接接头质量的目的。
1 影响钛材焊接质量的因素
1.1 气体杂质对焊缝金属性能的影响
钛具有很高的化学活泼性，与空气中的氧、氮有的亲和力。在较低的温度下，钛与氧相互作用生成一层致密的氧化膜，随着温度的提高，氧化膜的厚度随之增厚，超过600℃后，钛开始吸氧并使氧溶解到钛中。温度再高，钛的活性就会急剧增加，并与氧发生激烈反应而生成钛的氧化物。钛在300℃以上开始吸氢，在700℃以上开始吸氮。氧和氮对钛污染的结果是使钛强度和硬度增高而塑性降低。氮比氧的影响程度更大，如图4-1所示。
钛中氢的质量分数为0.01%~0.05%时，会使焊缝金属的冲击韧性急剧下降，而塑性却下降较少。这说明是氢化物引起的脆性，即“氢脆"。氢也是引发焊缝产生气孔的根源。
熔化焊焊接过程中，熔池像一个小冶金炉，熔融金属暴露在大气中。如果不采取相应的防护措施使熔融的金属钛与空气隔绝，则氧、氮、氢等气体元素就会溶入钛中，形成脆性氧化物或氮化物，

致使焊缝金属的塑性急剧降低，拉伸强度提高，严重的情况下将发生脆断，塑性等于零。
1.2 其他杂质对焊缝金属性能的影响
其他杂质是指除气体杂质外可能溶入熔池的杂质。其来源可能是焊接操作环境不清洁、戴脏手套触摸钛焊件遗留下油污、焊接前用棉纱擦洗接头坡口可能留下的棉絮、焊接生产环境与钢铁焊接生产混合可能产生的铁锈、水分和其他一些有机物等。这些污染物在电弧高温作用下分解出氧、氢、氮、碳等元素，然后溶于熔融的钛中。当这些元素的量超过在钛中的溶解度时，便形成相应的化合物（TiO2、TiH2、TiN、TiC).这些化合物随着熔池结晶而进人
钛的晶格中，致使钛的晶格畸变、歪曲，从而改变钛的力学性能。有些微量元素少量溶入钛中，如果其量不超过允许的范围还是可以的，有时也是人们所希望的。但超量的杂质元素含量是不允许的，特别是有机物杂质，有百害而无一利，这是因为这些杂质元素除使钛焊缝的力学性能变差，降低耐腐蚀性外，还是焊缝中产生气孔的根源。

1.3
焊缝金属和接头热影响区的组织变化
钛是有同素异形体转变的金属。在886℃时开始发生组织的固态转变。886℃以下晶体结构为密排六方结构，称为α钛；在高于886℃时，α结构的钛转变为体心立方结构的β钛。这个
转变过程是在熔池由液态变为固态的“瞬间"完成的。而这个“瞬间"长短差异对熔池的结晶形式有影响，“瞬间"越长越有利于柱状晶生长。图4-2所示为焊接“瞬间"长短差异对焊缝组织的影响示意图。

接过程中溶入液态金属中的气体经过扩散、脱溶、成核、长大等过程而形成气泡。由于熔池的凝固结晶速度很快，长大的气泡来不及逸出液态金属时就以气孔的形式残留在固态金属中。酿成气孔的氢气和一氧化碳等气体主要是由有机物的污染物经电弧热作用产生的。有时焊前对焊件和焊材做了充分的清洁、清洗，氢气保护的效果也理想，但焊缝中仍然有气孔。这说明起重要作用的污染源还没有清除。实践经验证明，有一个重要的气源往往被忽略，就是空气中的水分。一个对比试验证明了这一点。在两种不同空气湿度的环境中施焊：一种情况是在阴雨天气环境下（相对湿度在90%以上）焊接；另一种是在阳光明媚晴朗天气的环境中（相对湿度小于40%)施焊。其他的焊前清洁、清洗及焊接操作等相同。前一种情况焊出的钛焊缝中存在的气孔既多又大，而后种情况的焊缝中没有见到气孔。这充分说明空气的湿度大小是气孔产生的重要原因之一。