船用钛合金厚板的电子束焊接

发布时间：2016/3/4 浏览量：3671

钛及钛合金由于其比强度高，耐海水及其它介质腐蚀，耐低温等优点，以及无磁、透声、抗冲击振动等特性而成为一种优秀的舰船结构材料。钛及钛合金在舰 船中的使用大大延长了设备的使用寿命，减轻了重量，提高了设备及整个舰船的技术性能。由于船舶使用环境的复杂性和特殊性，对于船舶上使用的钛合金材料，对 焊接接头的质量要求很高；特别是对于钛合金厚板，一般的焊接技术效率低且焊接质量难以保证。随着国防装备日趋大型化，厚板、超厚板的焊接问题日益显得突 出。真空电子束焊接具有的能量密度大、穿透能力强、热输入小、焊接速度快、变形小、焊接厚板时效率高等优点，使其非常适合于船舶用钛合金的焊接，特别是具 有较大的焊缝深宽比，使得它在厚板钛合金的焊接加工中独树一帜。

　　电子束焊接是用极致密的高速电子流打到被焊金属上，使其加热、熔化、冷却结晶，形成焊缝的一种新型焊接技术。电子束所具有的高能量密度在现在所 实际采用的各种焊接热源中居于首位，具有很多传统焊接工艺所无法比拟的技术优势：(1) 焊缝深宽比大。高功率密度电子束能够形成深宽比很大的焊缝。通常 电弧焊焊缝的深宽比小于2∶1，而电子束焊缝可以达到20∶1，脉冲电子束焊接甚至可达到50∶1。(2) 焊接效率高。由于能量集中，熔化和凝固过程均 大大加快，因而焊接速度加快。在焊接大厚度件时，电子束的深穿透能力在提高焊接效率上，发挥了无可替代的作用。在保持高效率的同时，接头质量精度也比较 高。(3) 工件变形小。由于能量集中，焊接速度快，输入到工件的热量小，深宽比大，焊接热影响区小，因而产生的工件变形较小。(4) 焊缝物理性能好。 电子束焊接速度快，可以有效避免晶粒长大，增加接头延展性。同时，由于热输入小，高温作用时间短，合金元素析出少，所以焊缝抗蚀性好。真空对焊缝有良好的 保护作用，避免了环境和不纯物质对焊缝金属的污染。(5) 焊接工艺参数易于调节，工艺适应性强，重复性和再现性好。(6) 真空电子束所具有的搅拌作 用，打碎了枝晶，使得焊缝区晶粒的取向没有方向性，并且使晶核数目增加，从而细化了晶粒，使得焊接接头性能有显著提高。

　　正是由于电子束焊接所具有的上述特点，使其非常适合于活泼性强的钛合金的焊接，实现长服役寿命可靠性。实验表明，TC4-DT 钛合金真空电子 束焊接接头断裂韧性和疲劳裂纹扩展抗力要优于母材。另外，对130 mm 厚的TB13 锻件真空电子束焊接研究发现，全焊缝厚度焊接系数均大于0.9， 焊缝的KIC 值随着焊接深度的增加而增大。不过，上部焊缝及热影响区的韧性较其它层有一定的降低，这是由于厚度较大焊后易产生组织不均匀，由此引起复杂 的残余应力。试验证明，通过焊后真空电子束局部热处理可以改善焊缝残余应力状况，显著提升焊缝质量。