鈦合金(如TA2、TC4等)在焊接過程中易因吸收氫而產(chǎn)生氫脆——氫在鈦中溶解度隨溫度降低而急劇下降,過量氫會以脆性氫化物(如TiH?)形式析出,導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)(HAZ)韌性下降、裂紋敏感性增加。避免氫脆需從“控氫來源”“抑制吸氫”“促進脫氫”三方面綜合控制:
一、嚴(yán)格控制氫的引入途徑
1.母材與填充材料預(yù)處理:
焊接前需徹底清除母材表面的油污、水分、氧化皮及吸附的氫。可用無水乙醇或丙酮清洗(避免用水基清洗劑),再用不銹鋼絲刷去除氧化層,必要時進行酸洗(如5%HF+20%HNO?溶液),確保表面粗糙度≤Ra1.6μm。
焊絲/焊條需經(jīng)高溫脫氫處理(350-400℃真空烘烤2-4小時),存儲時密封于干燥容器中,避免暴露在濕度>60%的環(huán)境中(空氣中的水汽會被焊絲吸附)。
2.焊接環(huán)境與介質(zhì)控制:
保護氣體(通常為氬氣)純度需≥99.99%,露點≤-40℃(避免含水分或氫氣雜質(zhì));焊接區(qū)域需用氬氣保護罩全覆蓋(包括焊縫背面及熱影響區(qū)),防止空氣(含水分)侵入高溫區(qū)。
禁止在潮濕環(huán)境(相對濕度>80%)或有油污、油漆揮發(fā)的場地焊接;若焊接過程中中斷,需重新清潔接頭區(qū)域后再繼續(xù)。
二、優(yōu)化焊接工藝參數(shù),減少高溫吸氫
鈦在300℃以上開始顯著吸氫,且溫度越高(如超過800℃)、高溫停留時間越長,吸氫量越大。需通過工藝優(yōu)化縮短高溫暴露時間:
1.控制熱輸入
采用低線能量焊接(如小電流、高焊接速度),避免焊縫及HAZ長時間處于800℃以上(鈦的β相變點附近)。例如,TC4氬弧焊時線能量控制在8-15kJ/cm,電子束焊線能量可更低(3-8kJ/cm)。
2.減少焊接層數(shù)
厚板焊接時盡量采用單道或少數(shù)幾層焊接,避免多層焊時熱影響區(qū)反復(fù)加熱導(dǎo)致氫累積。
三、焊后脫氫處理與質(zhì)量檢測
1.脫氫退火
對要求嚴(yán)格的構(gòu)件(如航空航天部件),焊后需進行脫氫處理——在250-350℃下保溫2-4小時(真空或氬氣保護),使氫從鈦中擴散逸出(鈦中氫的擴散系數(shù)隨溫度升高而增大,250℃以上擴散顯著)。處理后氫含量需控制在0.015wt%以下(一般要求≤0.01wt%)。
2.無損檢測
采用超聲檢測或滲透檢測排查氫致裂紋;通過氧氮氫分析儀測定焊縫氫含量,確保符合標(biāo)準(zhǔn)(如AMS 4999要求鈦合金焊縫氫含量≤0.015%)。