钛合金圆筒焊接工艺研究+文献综述(2)
熔化极氩弧焊（MIG）焊接具有：电弧空间无氧化性，能避免焊接材料氧化，电弧稳定，焊丝熔化快，熔敷率高，不产生熔渣，焊缝成型美观等优点。对于钛及钛合金厚板，采用MIG焊接可减少焊接层数，提高焊接速度和生产率。MIG焊接是熔滴过渡，填充金属受污染可能性大，因此对保护的要求比较严格。且MIG焊接飞溅较大，影响焊缝成形和保护效果[4]。
本课题对3mm壁厚的TC4钛合金平板采用MIG焊接，期望通过试验确定MIG焊接对钛合金焊接的合适的焊接参数，并对钛合金圆筒进行MIG焊实验。
1.2 钛合金焊接性
纯钛和α钛合金易于用焊接的方法进行接合。通常用于焊接合金属的所有焊接方法（电弧焊，点焊，对接焊，闪光对焊，和加压焊接等）均可用于钛的焊接[5]。但是在钛的电弧焊接过程中保护金属熔池防治大气污染十分重要，一般采用惰性气体保护。同时应特注意防止由于消除手指痕迹和来自洗涤剂及标记蜡笔等带来的氯化混合物引起焊接件在消除氯化退火时产生盐渍腐蚀开裂。采用了适当保护的焊接过程，其焊接区的塑性与基体金属的塑性基本相同。其焊接的常见缺陷有三种：接头脆化，裂纹，气孔[6]。
(1) 接头脆化
钛合金高温活性强，高温时容易与氧、氮、氢等元素结合，使得焊接接头被污染从而造成接头性能恶化；钛合金熔点高，但其导热性差，焊接时接头在高温区间停留时间长，合金元素在β相中的扩散系数大，因此，高温晶相将快速长大，组织变形严重，晶粒粗大，产生所谓“β脆性”[7]。以上两方面因素都会造成钛合金焊接接头脆化问题。
(2) 裂纹
钛合金对热裂纹不敏感，这主要是因为钛合金含硫、磷杂质少，晶界很少生成低熔点共晶。 钛合金焊接接头的裂纹主要是与氢有关的出现在热影响区的延迟裂纹。 焊接时由于熔池和低温区母材中的氢向热影响区扩散，引起热影响区氢含量增加，且热影响区氢溶解度下降，如果这个部位处于不利的应力状态，就会引起裂纹。
(3) 气孔
气孔是钛合金焊接过程中经常遇到的缺陷，会造成应力集中，使整个焊接接头塑性及疲劳寿命降低。钛合金中的气孔大部分为氢气孔，而且气孔大部分都存在于熔合线上，这是由于氢在钛中的溶解度随温度的降低而升高，故熔池中部的氢易向温度更低的熔池边缘扩散，故熔池边缘容易为氢过饱和而生成气孔[8]。
钛合金中的氧化物质点，高熔点磨料质点可作为气孔形核的非自发形核中心，从而提高了钛合金焊接的气孔敏感性。
钛合金焊接前应认真清理坡口及其附近区域，清理不彻底会在焊件和焊丝表面形成吸气层，导致焊接接头形成裂纹和气孔。采用剪切、冲压和切割下料的工件需对其接头边缘进行机械清理；焊前进行热加工或在无保护情况下热处理的工件需要清理，通常采用喷丸或喷砂方法清理表面，然后进行化学处理[9]。
钛合金极易氧化，熔焊时，如焊前清理不到位，存在氧化物，或保护不好，受空气侵袭；或者保护气体不纯，含有水分，将使焊缝及热影响区表面氧化变色。按氧化轻重的颜色顺序为：淡黄、深黄、金紫、深蓝、灰色、暗灰色、白色。无氧化时为光亮的银白色，氧化严重的为灰色、暗灰色至白色，严重的氧化将影响到焊件的质量可靠性。MIG焊接的缺点如熔敷量大，焊接成本高，焊缝成形差，飞溅量大等[10]。
1.3 钛合金焊接工艺
钛及钛合金应用最多的是钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊[11]。等离子弧焊接，电子束焊接，钎焊和扩散焊等也有应用[12]。