钛合金钢管焊接技术研究进展

钛合金钢管焊接技术研究进展

【摘要】钛合金与其它金属结构在石油化工、航天航空上的应用很广泛。本论文对钛合金与钢管的焊接问题进行了详细的分析，对钛合金与钢管焊接技术的现状做了阐述。

【关键词】钛合金 钢管 焊接技术

1 概述

钛合金具有很多优良的性能，低密度、高的比强度、导热系数小 、硬度高，无毒、无磁性，另外具有耐热、耐蚀性及断裂韧性等性能，在航空、航天、等领域有着很大的应用。2012年，“天宫一号”航天飞船胜利遨游太空；“蛟龙”号深水探测器成功下潜超越7000m，这两个重大的科技项目，在很多关键区域都使用了钛合金以及焊接技术。随着钛合金的应用的广泛，应用工矿的更加复杂化，钛合金的焊接问题也变成更加重要，本论对就钛合金与钢管焊接问题做了详细的分析，并对目前的焊接技术做了详细的论述。

2 钛合金与钢管的焊接问题分析

钛合金与钢管之间的焊接性主要取决于它们二者的差异以及它们在冶金学上的相容性，目前钛合金和钢管焊接的主要问题有以下二点：

（1）钛合金和钢管在焊接过程中形成较大的内应力，并且无法清除。主要原因是钛合金和钢管的线膨胀系数差异很大，在焊接冷热过程中变形程度不同引起的。

（2）钛和铁二种金属的互溶度很小，一般在焊接过程中都会会形成硬脆的金属间化合物，主要是TiFe。它形成的原理是，焊接时钛与铁之间相互扩散，一定时间铁在钛中的过饱和，从而生成TiFe。另外，钛同与钢管中的碳元素生成TiC，其次钛还容易与钢管中的铬、镍、铁形成金属间化合物，脆化增大。

所以，对钛合金与钢管成功实现可连接，并且接头的性能要比较优秀的话，就必须针对工况选择不同的焊接方法和焊接工艺来实现。其目的还是为了降低接头内应力而导致材料形成脆性相。目前对于钛合金与钢管的焊接，也有很多学者进行了研究，已形成了具有钎焊、爆炸焊、扩散焊、激光焊等多种方法的一套系统。每种固体的工艺都有固有的特点，一种工艺不能满足所有构件的工程实际要求。本论文综述了目前常用的各种钛合金与钢管的焊接技术，为我们在实际的工况的选择做一定的参考。

3 钛合金与钢管焊接技术的现状

根据钛合金和钢管的特点，早期采用埋弧焊配盐基焊剂焊，效果极差。随着

焊接设备技术的进步及多年焊接技术的研究，一些新的焊接方法的运用，使得钛合金和钢管的出现了很多焊接方法，具体有以下几种：

3.1 钎焊

钛合金与钢采用钎焊的一个重要问题是钎料的选择，选择钎料的原则：

（l）选择钎料的熔点在882℃以下。

（2）钎料的固相线与液相线温差较大。

（3）不使用能与钛有很强的化合能力的元素的钎料。

钛合金与钢进行接触反应钎焊进行焊接，其原理是钛与铁在1985℃形成共晶，加热到高于共晶温度，依靠钛与铁的相互扩散，在界面处形成共晶体，从而连接起来。但这种方法的缺点是工艺上较难掌握，主要是形成液相共晶体的数量难以控制。

3.2 爆炸焊

很多国家都致力于爆炸焊的研究，目前爆炸焊很重要的应用是且来制造钛合金-钢复合板。钛-钢复合板接头的强度取决于爆炸焊的工艺参数，炸药质量大小与悬置板质量大小的比值，爆炸速度和两相邻板间的起始距离，最好的情况可达350-380MPa。

3.3 扩散焊

俄罗斯一期刊报道了钛合金BT5-1与X25H15耐蚀钢的扩散焊方法，焊接温度为500-1000℃、压力6.9-17.6MPa，时间为10-20min。重庆大学的伍光凤等详细论述了钛合金和不锈钢的扩散焊接的研究进展。

3.4 MIG焊

MIG焊是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，在焊枪喷嘴喷出的气体保护下进行焊接的一种方法。该焊接方法的主要优点是可以进行全位置焊接，具有焊接速度快、熔敷率高等优点。MIG 焊在低合金高强钢、铝合金等材料的焊接方面已经大量应用，但在钛合金的焊接方面应用还不是很多，主要是由于钛及钛合金电阻率较大，不能稳定传递MIG焊所需的大电流，且钛的硬度较大，容易磨损喷嘴而影响焊接稳定性。

3.5 激光焊

激光焊的优点是：能量密度高；焊缝宽度小；可在大气中作业；磁场稳定性高。在大厚度钛合金结构的焊接中，激光焊具有更加明显的优势，但激光焊也有

其自身的缺陷，就是容易造成气孔，因此激光焊接时需要注意焊缝接口形式，焊接参数及保护环境的选择等问题。

3.6 等离子弧焊

等离子弧焊的原理是：让等离子枪的阴阳二极间的自由电弧压缩成高温、高电离度、高能量密度及高焰流速度的电弧，利用这个高能量来进行于焊接。它有二种焊接方式：小孔型等离子弧焊及熔透型等离子弧焊，其中30A以下的熔透型等离子弧又称为微束等离子弧焊。小孔型等离子弧焊可用于焊接厚板，熔透型等离子弧主要用在焊接薄板。等离子弧焊中，保护气体一般是5%-7%氢气和93%-95%的氩气，其目的是为了提高电弧的收缩性，但是在某些钛合金与钢管的焊接中，有时也使用纯的氩气或氩与氦的混合气，避免钛和氢气生成钛氢化物。

4 结束语

随着科技的进一步发展，钛合金在各个行业应用得更大广泛，钛合金和钢的焊接技术在在超厚板结构以及异种材料连接结构应用很多，因此在焊接技术上也存在很多问题要解决。这些都优待我们的焊接学者们多努力，提供多种新的途径，来实现不同工况下钛合金和钢管的焊接技术问题。论文作者水平有限，不足之处请各位多多理解。

参考文献

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