曹辉

摘 要：钛合金与不锈钢的焊接使用在我国许多行业的发展中都有相当广泛的应用，由于两种金属在许多方面都有本质上的差异。本文就针对不锈钢和钛合金两种异种金属的焊接情况进行深入的探讨研究，对钛合金与不锈钢的焊接现状做了明确的阐述。关键词：钛合金；不锈钢；异种金属；焊接技术1 概述钛合金作为一种较为常见的金属具有很多优良的性能，比如它是一种无毒、无磁性、低密度、高强度、高硬度、导热情况差、耐热、耐蚀性的一种金属，相对来说它的化学性质较为稳定。因此通常钛合金被应用在航空、航天等相对重要的领域。举例来说，我国在2012年发射成功的天宫一号载人航天飞船，“蛟龙”号深水探测器成功下潜到了深度超越七千米的位置，这科技项目让我国科技一定程度上取得了前所未有的成功。看似毫无关系的两个科技项目，实际上它们有一个共同点，那就是两个项目的许多方面都应用到了钛合金金属，并且涉及到了焊接技术。钛合金的使用对于我国各行各业的发展来说尤为重要。2 对钛合金与不锈钢焊接问题的探讨分析很多情况下，我们需要将钛合金与不锈钢进行焊使用。在焊接的过程中，主要要根据钛合金与不锈钢之间的差异性和相容性进行分析，当前情况下，对于两种异类金属的焊接问题，有以下几点必须多加注意，首先就是在对钛合金和不锈钢进行焊接的过程中，可能会形成较大的内应力，对焊接产生影响，钛合金与不锈钢的线膨胀系数存在较大差异，在焊接的过程中，由于冷热交替的温度变化，导致了不同程度的变形，从而引起此类问题。这类问题看似影响不大，可却无法彻底清楚。然后就是钛和铁两种金属的本质问题。由于钛与铁的同为互熔度小的金属，在实施焊接的过程中，会发生化学反应，产生一种质地较脆的化合物。这种化合物的主要成分是TiFe。在对钛与铁进行焊接时，两种金属相互扩散，一定时间铁在钛中会过度饱和，这时就会生成TiFe化合物。除此之外，钛与不锈钢中的碳元素在焊接时还会生成TiC，钛还容易与钢管中的铬、镍、铁形成金属间化合物，导致硬度降低，焊接处脆化性增强。因此，想要将钛合金与不锈钢两种金属实行焊接，并且要保证接头处的硬度和牢固性，就应当依据不同的焊接情况来选择相对合适的焊接方法。采用合适的焊接方法，一方面可以保证两类金属的焊接点更为牢固，另一方面也对材料因焊接而造成的脆性产生了限制。当前情况下，对于钛合金与不锈钢这两类金属的焊接，已经研究出诸多可行的方法。其中较为常见的有钎焊、爆炸焊、扩散焊、激光焊等多种方法。这些方法都经过了多方验证，也具备其应用的长处，但是，任何一种方法在单独应用时都难以达到期望的效果。本文就针对当前情况下，几种常用的钛合金与不锈钢两种金属的焊接技术进行了对比分析，为两种金属的焊接起到了一定的参考作用。3 钛合金与钢管焊接技术的现状所以在进行太合金和不锈钢的焊接时，我们根据两种金属独有的特点，采用埋弧焊配盐基焊剂进行焊接，虽然能够将两种金属联合在一起，但综合各方面因素来讲，取得的成效并不完美。近年来，随着科技的进步，对于不同金属的焊接技术也取得了一定的进展，焊接设备的不断更替，焊接方法的推陈出新，使得钛合金和不锈钢两种金属在焊接上取得了更多的进展。其中较为常见的方法大致有以下几种：3.1 钎焊所谓钎焊，就是使用钎料对让钛合金和不锈钢两种金属进行焊接。其原理主要是钛与铁会在1985℃时形成共晶。将钛和铁加热到高于共晶温度时，依靠钛与铁的相互扩散，就会在接触界面上形成共晶体，共晶体自然而然地会将两种金属连接起来。这种方法虽然具有一定的优势，但是我们通常在操作过程中无法控制产生共晶体的数量，相对来说工艺上较难掌握。除此之外，在对钛合金和不锈钢进行焊接时，对于钎料的选用也存在着诸多要求。首先我们必须选择钎熔点在882℃以下的钎料，且钎料的固相线应当与液相线存在较大温差。此外，不可以使用能与钛有很强的化合能力的元素的钎料，以避免对焊接进行影响。3.2 爆炸焊爆炸焊最初出现时并不是为了实现钛合金和不锈钢的焊接，而是用于制作钛钢复合板。可以通过对爆炸焊的控制来调整钛钢复合板接头出的强度。在进行爆炸焊操作的过程中，相邻的两个邻板之间必须保持适当的距离，最好的情况可达350-380MPa。3.3 扩散焊接在我国，对于扩散焊的应用可以参考的方面比较少。进行扩散焊需要保证扩散温度在500到1000℃之间，焊接的过程大概会耗费10到20分钟。3.4 MlG焊接技术MlG焊接技术可以实现全方位焊接，还在一定程度上减少了焊接过程所需要的时间。其实MIG焊接技术的操作原理并不复杂。将工作中的焊丝与电弧配合使用作为共同发热源，通过利用焊枪喷嘴喷出的高温气体两种金属实现焊接。MIG焊在低合金高强钢、铝合金等材料的焊接方面已经得到广泛的应用，但在钛合金与不锈钢的焊接领域应用得相对较少。之所以将其广泛应用，主要的原因就是钛合金的电阻较大，不易导电。且钛金属具有相对较大的硬度，在实施焊接的过程中可能会对焊接喷嘴产生磨损。3.5 激光焊接激光焊接技术的操作原理，就是通过高强度的激光光束使金属融化，待冷却以后就会自然的连接在一起。对于不锈钢和钛合金的异种金属焊接而言，激光焊较电子束焊有更高的加热和冷却速率，采用偏束可得到具有一定强度的直接焊合接头，但强度偏低且质量波动大。采用Cu作为中间层可得与电子束焊接相似的焊接结果。激光焊在焊接过程中存在诸多优势，举例来说，激光焊产生的能量密度很高，在这样强度下进行焊接，两种金属的焊接接点处更为稳定，形成的缝隙更窄小。在大厚度钛合金结构的焊接中，激光焊具有更加明显的优势，但是激光焊接在焊接过程中极易形成气孔，对焊接强度产生了一定的影响。因此在采用激光焊接时，应当注意焊缝接口形式、焊接参数等问题。除此之外，由于激光焊接会产生强光，因此，在焊接的过程中还应当充分考虑激光对周边环境产生的影响。3.6 等离子弧焊技术近年来，等离子技术得到了越来越多的应用。等离子弧焊就是通过对离子枪阴阳二级之间形成的电弧的利用，使温度逐渐升高，形成高能量的电弧，来实现对于金属的焊接。等离子弧焊通常有两种焊接方式，一种是小孔型等离子弧焊，另一种就是熔透型等离子弧焊，其中30A以下的熔透型等离子弧又称为微束等离子弧焊。小孔型等离子弧焊可用于焊接厚板，熔透型等离子弧主要用在焊接薄板。等离子弧焊中，保护气体一般是5%-7%氢气和93%-95%的氩气，目的就是为了提高电弧的收缩性。但是许多时候在某些钛合金与钢管的焊接中，有时也使用纯的氩气或氩与氦的混合气，这样做可以有效避免钛和氫气生成钛氢化物。4 总论越随着我国科技的不断进步，钛合金越来越成为各行各业中普遍应用的金属类型。钛合金与不锈钢的焊接技术也随着焊接设备的更新和焊接方法的改善取得了良性的进展。但是对于两种物理性质和化学性质都存在诸多差异的金属来说，钛合金与不锈钢的焊接还存在着许多需要完善的地方。这就需要我们在吸取经验和总结教训中不断开辟新的途径，以便实现不同情况下钛合金和钢管的焊接，减少焊接过程中出现的问题。参考文献[1]周波.不锈钢与钛合金脉冲加载扩散焊接工艺研究[D].重庆大学，2004.[2]任伟，陈家庆.浅析海洋石油工业中钛合金的焊接方法[J].北京石油化工学院学报，2006，（01）：33-37.[3]孙荣禄，张九海.钛及钛合金与钢焊接的问题及研究现状[J].宇航材料工艺，1997，（02）：7-11.[4]刘鹏飞.钛及钛合金结构焊接技术研究进展[J].金属加工（热加工），2012，（20：11-13）.