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钛合金激光焊接技术研究

2013-09-29 22:39:55 来源:中国投资研究网 【字体: 【收藏本页】【打印】【关闭】

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核心提示:钛合金这种结构材料,以其优良的特性广泛的应用于石油化工行业。


关键词: 钛合金

  钛合金这种结构材料,以其优良的特性广泛的应用于石油化工行业。它的特点主要表现在小密度、高比强度、良好的塑韧性、良好的耐热性、良好的耐腐蚀性以及较好的可加工性等。适合于钛合金的焊接方法有许多种,例如:钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、摩擦焊、电阻焊等等。随着激光技术的不断发展,钛合金的焊接方法采用日益成熟的激光焊接技术受到了越来越多的重视。

  钛合金具有很强的化学性,温度越高,其化学活性就越强,而且,在固体状态下,还能吸收空气中的氢气、氧气和氮气等气体。而吸收了这些气体的纯钛,在焊接时,焊接的接头的强度被提高了,但是其塑韧性却降低了。钛具有很高的熔化温度、较大的热容量和电阻系数以及比铝或铁低的热导率。因这些特性,钛的焊接熔池尺寸和温度都很大、很高,由于热影响区金属在高温下的停留时间比较长,所以,使得焊接的接头处于过热的状态,形成的晶粒就会变的又粗又大,降低了接头的塑韧性。因此,在焊接的时候,要注意采用小电流、高焊速的焊接方式。

  激光焊接技术以其独特的优势,受到了广泛的关注和应用。它的主要优势表现如下:(1)激光焊接的速度非常的快,而且不存在焊接缝隙,因而具有非常高的焊接质量。(2)焊接时,由于聚焦后产生很高的功率密度,因此,焊接的深度也很大。(3)如果需要焊接的位置是很难接触的地方,激光焊接可采取远距离焊接。(4)激光焊接技术也可以对一些微型的器件实施焊接。(5)对于像钛、石英这样的难熔材料,采用激光焊接是非常方便的,而且效果也非常的好。

  钛合金激光焊接中的影响因素

  钛这种材料与氧具有很强的亲和力,具有活泼的化学特性。在常温状态下,能够和氧产生反应,形成一层氧化膜。由于氧化膜的保护,钛在常温下,稳定性非常的高,并且具有很强的耐腐蚀性。但是,钛合金在焊接时,随着温度的逐渐升高,与氧气、氢气等气体很容易的结合。温度越高,钛合金吸收气体的能力就会也高。在焊接的过程中,如果不做任何的保护措施,焊缝的金属就会吸收空中大量的氧气和氮气,在非常高的浓度范围内,与钛形成了间隙固熔体,这些因素,造成了金属的塑韧性下降,而硬度却得到了提高。钛在焊接时,也与氢气有很好的亲和性。焊接过程中,钛与氢气发生化学反应,形成了氢化钛,造成了金属的含氢量的增加,降低了金属的韧性。因此,为了在焊接时获得良好接头性能的焊缝,应该在焊接前采取最为严格的保护措施。

  在不对等离子体施加任何控制时,激光在入射时的能量被等离子体大量的吸收,而只有一小部分的激光能量透过等离子体,被激光材料吸收,熔化钛合金材料。但是,熔化的深度却不高。然而,在对等离子体进行侧吹气体的方式控制等离子体时,形成了全熔透的焊缝。因此,在钛合金激光焊接的过程中,要对等离子体加以适当的控制措施。

  在激光的焊接过程中,激光焊接的接头形成的外貌和质量,主要是由激光功率、焊接的速度以及离焦量决定的。激光器决定了激光功率,而工作台的速度决定了焊接的速度。焦点位置是在实施焊接之前就已经调节好的。在设计激光器喷嘴时,要考虑怎样既快又准的调节离焦量,透镜的焦距只要据顶了焦点的位置。目前,实际购买的透镜的焦距与标准值存在一定的误差,并且在使用的时候,在激光束的热辐射长期的作用下,镜片的基体材料的聚焦性能发生了很大的变化,透镜的焦距也会随着发生变化。因此,必须要控制高度方向,在可调节的范围之内,从而使其适应不同的焦距的镜片。


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