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            鈦及鈦合金行業

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            鈦和鋁為什么焊接難?

               2022-11-16 7800

              和鋁具有密度小、比強度高、耐蝕性好等特點,在航空航天、交通運輸、車輛制造、化工領域等具有廣泛的應用。

              現代工程中復雜工況條件對工件的服役性能提出了更高的挑戰,促進了復合結構的發展和應用。由鈦合金和鋁合金構成的復合構件可最大限度發揮兩種材料的性能特點。

              由于鈦和鋁在熱物理性能和力學性能上存在顯著的差異,造成了兩者在焊接過程當中容易出現氣孔、裂紋等諸多問題。其中由于冶金反應形成金屬間化合物是造成Ti/Al異種材料接頭性能惡化的重要原因之一。

              那么鈦和鋁焊接難原因有哪些呢?

            鋁與鈦非常容易和氧作用

              1.鋁和氧作用生成致密而難熔的Al2O3(氧化膜),其熔點高達2050℃, 阻礙兩種母材金屬的結合,焊縫容易產生夾雜。

              2.鈦在600℃開始氧化,溫度愈高,氧化愈嚴重,生成TiO2(二氧化鈦),在焊縫內形成中間脆性層,使塑性、韌性下降。

            鋁與鈦在不同溫度下產生不同反應

              1.鋁與鈦在1460℃時,形成含鋁質量分數為36.03%的TiAl(鋁化鈦)型化合物,增加了金屬的脆性。

              2.鋁與鈦在1340℃時,形成含鋁質量分數為60%~64%的TiAl3(三鋁化鈦)化合物。

              3.鋁與鈦熔化后,當含鈦質量分數為0.15%時就形成鈦在鋁中的固溶體。

            鋁與鈦相互溶解度非常小

              1.在665℃時,鈦在鋁中的溶解度為0.26%~0.28%,隨著溫度的下降, 溶解度變小。

              2.在溫度降為20℃時,鈦在鋁中的溶解度降為0.07%,使兩種母材金屬很難結合。

              3.鋁在鈦中的溶解度更是有限, 這給兩種母材金屬形成焊縫帶來很大困難。

            鋁與鈦高溫吸氣性很大

              1.液態鋁可溶解大量氫,固態時幾乎不溶解,焊縫凝固時氫來不及逸出形成氣孔。

              2.氫在鈦中有很大的溶解度,低溫時氫聚集成氣孔,使焊縫塑性、韌性降低,容易產生脆裂。

            鋁與鈦和其他雜質形成脆性化合物

              1.鋁和氧形成的氧化物,增加了金屬的脆性,使焊接難以進行。

              2.鈦和氮形成氮化鈦,使金屬塑性降低。

              3.鈦和碳形成碳化物,當碳的質量分數大于0.28%時,使兩種母材金屬的焊接性顯著變差。

            鋁與鈦在不同溫度下產生不同反應

              1.鋁和鈦的熱導率相差懸殊,鋁(206.9W·m-2·K-1)比鈦(13.8W ·m-2·K-1)約大16倍。

              2.鋁和鈦的線脹系數相差很大, 鋁比鈦約大3倍。在應力作用下易產生裂紋。

            鋁與鈦中的合金元素燒損蒸發

              1.當鋁或鋁合金熔化時,比它熔點低的元素如鎂、鋅等就開始燒損或蒸發了。

              2.當達到鈦或鈦合金的熔點(1677℃)時,鋁及其他合金元素燒損蒸發得更多了,使焊縫化學成分不均,強度降低。


             
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