纯钛TA2-低碳钢复合板的焊接工艺

一，概述

钛-钢复合板的复层(钛)厚度一般为1.5~3.0mm,基层的厚度为8~20mm，钛复层和钢基层之间如果不加入中间金属层，经加热后会产生性层，使钛-钢复合板的层间结合强度降低。因此，可在钛与钢之间加入V、Nb或者V+Cu等中间合金层。

通过加入各种中间金属层轧制的钛-钢复合板加热后的抗拉强度是这样的：加入V作为中间层的效果最好。加双金属中间层(V+Cu或Nb+Cu)的结果并不好。因为Cu的熔点低，会形成低熔点共晶体，从而使钛-钢复合板的焊接工艺变得更复杂。

由于钛和钢在冶金上是不相容的，特别是Ti的活性很强，易与氧发生反应，使塑性降低。因此，复合板的钢基层与钛复层应各自单独进行焊接，不能使二者相互熔合，钛-钢复合板的焊接主要采用以下两种工艺：一是焊缝上加盖钛板；二是加中间层。

采用第一种焊接工艺时(在焊缝上加盖板),对接接头处的强度性能主要靠基层钢焊缝来保证，而加盖板的目的是用来防止浸蚀性介质腐蚀焊接接头。在焊缝和盖板之间填加的填充材料，通常是Ag(Ag与Ti熔合得很好)或熔点较低的银钎料，也可以填充环氧树脂型聚合物。加填充材料的目的是为了提高接头的抗腐蚀性能，焊缝（基体）可以单面焊缝，也可以是双面焊缝。

焊接钛-钢复合板的第二种工艺是在钛复层的坡口中镶入一层很薄的难熔金属衬片见下图：


比如厚度0.1mm的铌箔或钼箔等。焊接钛-钢复合板的复层时，采用钨极氩弧焊(TIG),填加钛焊丝，钛丝直径取决于钛-钢复合板的复层厚度及坡口形式。钨极电弧在钛丝和钨极之间燃烧，不要使电弧直接作用在箔上，焊枪应沿着钛丝移动，钛丝熔化后即形成钛-钢复合板的焊缝。因为Nb的熔点高，钨极电弧又不直接作用在锯箔上，所以只有很少部分Nb熔化，防止了钛与钢的相互熔合，可以有效地防止脆性相的形成。

二，焊接工艺

被焊母材：钛-钢复合板，复层为工业纯钛TA2(厚度2mm),基层为低碳钢(厚度8mm)。

工艺过程：用厚度0.1mm的铌箔作为中间层，采用钨极氩弧焊(TIG)进行焊接，钨极直径3mm。填加钛焊丝，钛丝直径4mm焊接工艺参数为：焊接电流160~170A,电弧电压10~12V,焊接速度13.3cm/min,喷嘴直径18mm。用氩作为保护气体，保护熔池的气流量为8~10L/min,在冷却过程中保护焊缝的气流量为3~4L/mn。

详细焊接工艺参数见图1：


通过上述工艺获得的钛-钢复合板焊接接头的抗拉强度为387~397MPa,基体金属的抗拉强度为426~431MPa。在拉伸实验时，焊接接头首先在箔与钛复层的界面上断裂，然后在钢基层上破断。这表明钛复层的塑性比低碳钢基体的塑性差。

用上述工艺焊接的钛-钢复合板接头在盐酸(HCl),硫酸(H2SO4)等浸蚀性溶液中，耐腐蚀性良好，与复层金属的耐腐蚀性实际上没有差别。例如，钛在硫酸中的腐蚀率为0.13mm/年，而钛-钢复合板焊接接头的腐蚀率为0.15mm/年。

三，小结

采用钛-钢复合板焊接工艺时，首先要引起注意的是对基层(钢基体)主要是热影响区淬硬问题，对复层(钛)主要是脆化问题。