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鈦和鋁為什么焊接難?

發(fā)布時(shí)間:2024-11-04 14:39:38 丨 瀏覽次數(shù):

    鈦和鋁具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性好等特點(diǎn),在航空航天、交通運(yùn)輸、車輛制造、化工領(lǐng)域等具有廣泛的應(yīng)用。

  現(xiàn)代工程中復(fù)雜工況條件對(duì)工件的服役性能提出了更高的挑戰(zhàn),促進(jìn)了復(fù)合結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用。由鈦合金和鋁合金構(gòu)成的復(fù)合構(gòu)件可大限度發(fā)揮兩種材料的性能特點(diǎn)。

  由于鈦和鋁在熱物理性能和力學(xué)性能上存在顯著的差異,造成了兩者在焊接過程當(dāng)中容易出現(xiàn)氣孔、裂紋等諸多問題。其中由于冶金反應(yīng)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(diǎn)高達(dá)2050℃, 阻礙兩種母材金屬的結(jié)合,焊縫容易產(chǎn)生夾雜。

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

鋁與鈦在不同溫度下產(chǎn)生不同反應(yīng)

  1.鋁與鈦在1460℃時(shí),形成含鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí),形成含鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%~64%的TiAl3(三鋁化鈦)化合物。

  3.鋁與鈦熔化后,當(dāng)含鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%時(shí)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(shí),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(shí),鈦在鋁中的溶解度降為0.07%,使兩種母材金屬很難結(jié)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

  4.液態(tài)鋁可溶解大量氫,固態(tài)時(shí)幾乎不溶解,焊縫凝固時(shí)氫來不及逸出形成氣孔。

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

鋁與鈦和其他雜質(zhì)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(jìn)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(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.28%時(shí),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(chǎn)生不同反應(yīng)

  1.鋁和鈦的熱導(dǎo)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(shù)相差很大, 鋁比鈦約大3倍。在應(yīng)力作用下易產(chǎn)生裂紋。

鋁與鈦中的合金元素?zé)龘p蒸發(fā)

  1.當(dāng)鋁或鋁合金熔化時(shí),比它熔點(diǎn)低的元素如鎂、鋅等就開始燒損或蒸發(fā)了。

  2.當(dāng)達(dá)到鈦或鈦合金的熔點(diǎn)(1677℃)時(shí),鋁及其他合金元素?zé)龘p蒸發(fā)得更多了,使焊縫化學(xué)成分不均,強(qiáng)度降低。


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