TiAl的交流TIG焊接工艺标准螺钉

Ti/Al的交流TIG焊接工艺

Ti/Al的交流TIG焊接工艺 2011年12月09日 来源： ALTERNATING CURRENT TIG WELDING PROCEDURE OF Ti/AlNanjing Baose Titanium Industry Co.,Ltd Hu JinghongAbstract On the basis of the intersolubility of titanium and aluminum metal, the welding between titanium and aluminum metal has been achieved by alternating current TIG welding process. The tensile strength of the welded joint is higher and the properties of the jointweld are stable. The procedure can be used in practice.Key words: alternating current TIG welding, Ti/Al metal, welding procedure 0 前 言　　Ti金属与Al金属复合构件作为一种新型材料结构在航天航空领域及化工电解工业得到日益广泛的应用，寻求Ti金属与Al金属既简单又高质量接头的焊接方法及工艺，具有非常重要的意义。Ti金属与Al金属的熔点、导热系数、线膨胀系数等性能相差悬殊（表1），若两种金属间的焊接方法及工艺选择不当时，是不能获得满意的焊接接头。 焊接时当达到Ti的熔点时，Al与其他合金元素则烧损蒸发，使焊缝化学成分不均匀，强度降低；Ti是活性金属，在300℃开始强烈氧化，温度越高和高温停留时间越长，氧化越严重，生成TiO2等氧化物，在焊缝内形成中间脆性层，使焊缝塑性、韧性下降，焊接性能下降；Al也非常容易氧化，与氧作用生成致密的氧化膜（Al2O3），其熔点为2 050℃，阻碍两种母材金属的结合。本文采用交流TIG焊接方法进行Ti/Al材料的焊接，获得了高质量的焊接接头。　 　　　　　　　　　 1 试验材料　　考虑航天航空领域和化工电解工业应用材料的普遍性，采用的试验材料钛金属有TC4、TA2，铝金属材料有3A21、1060，其化学成分分别见表2、表3。 　 　　　　　　　　　　　　　　　 2 试验焊接方法及工艺2.1 试验焊接方法的选择　　选择交流TIG焊接方法进行试验，是因为Ti与Al在高温下极易氧化，且各自氧化后产生的氧化物将严重影响焊接接头质量。为了获得高质量的焊接接头，在焊接时需采用惰性气体保护好高温熔池区。另外，铝金属表面常温下则生成一层致密的高熔点氧化膜，焊接时要利用“阴极雾化”作用去除。2.2 试验接头形式的选择选用4 mm板的对接接头（图1）、8 mm板的对接接头（图2）形式进行试验。　　　　　　　　　　　　　　　　　2.3 焊接设备　　试验选用的焊接设备为美国进口的Miller351型的交、直流方波两用焊机，工艺性能较好。　　　　　　　　　　　　　　　　　　2.4 焊前准备　　钛金属与铝金属焊接时，要求焊前严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污。清除质量将直接影响焊接工艺与接头质量，如焊缝气孔产生的倾向和力学性能等。　　（1）钛金属焊接区表面的清理一般先采用纤维砂轮抛光去除氧化膜，随后用丙酮清洗干净。一般不得直接用砂轮打磨和钢丝刷子刷焊接区表面，否则易产生焊接气孔和因铁污染而引起焊接裂纹。　　（2）铝金属的清理常采用化学清洗和机械清理两种方法。化学清洗效率高，质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件；在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污时，常采用机械清理。先用丙酮等易挥发性的有机溶剂擦拭表面以除油污，随后用细丝的不锈钢丝刷子刷，要刷到露出金属光泽为止。一般不宜用砂轮或砂纸打磨，因为砂粒留在金属表面，焊接时会产生夹渣等缺陷。　　（3）清理后的工件要保护好，避免再次污染。另外，清理好的工件需在4 h内焊接，否则应重新清理。2.5 焊接填充材料　　异种金属的焊接，焊接填充材料的选择非常重要。填充材料选择合适，焊接工艺就可以简单，接头质量又能满足要求。考虑到在高温或常温下，Al在Ti中的溶解度相对比较大，试验选用的焊接填充材料为与铝工件材质相匹配的铝焊丝。2.6 焊接参数　　焊接参数使用不当，Ti与Al熔敷金属会形成一些不利的化合物（TiAl和TiAl₃），影响焊接接头质量。通过试验，选用以下参数进行焊接，接头质量比较理想。　　（1）4 mm板的对接和搭接试验，焊接电流140~160 A，焊接速度16~18 cm/min，焊丝直径2 mm，钨极直径4 mm，氩气流量10~15 L/ min，对接接头焊二层，层间温度<100℃，搭接接头焊一层。　　（2）8 mm板对接试验，焊接电流200~220 A，焊

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