鈦合金焊接過程中為什么要焊前預(yù)熱和焊后熱處理

在鈦合金焊接過程中，由于加熱和冷卻的不均勻性，以及構(gòu)件本身產(chǎn)生拘束或外加拘束，在鈦合金焊接工作結(jié)束后，在構(gòu)件中總會產(chǎn)生鈦合金焊接應(yīng)力。鈦合金焊接應(yīng)力在構(gòu)件中的存在，會降低鈦合金焊接接頭區(qū)的實際承載能力，產(chǎn)生塑性變形，嚴重時，還會導(dǎo)致構(gòu)件的破壞。

1.焊前預(yù)熱
焊前預(yù)熱及焊后熱處理對于保證鈦合金焊接質(zhì)量非常重要。重要構(gòu)件的鈦合金焊接、合金鋼的鈦合金焊接及厚部件的鈦合金焊接，都要求在焊前必須預(yù)熱。焊前預(yù)熱的主要作用如下：（1）預(yù)熱能減緩焊后的冷卻速度，有利于焊縫金屬中擴散氫的逸出，避免產(chǎn)生氫致裂紋。同時也減少焊縫及熱影響區(qū)的淬硬程度，提高了鈦合金焊接接頭的抗裂性。（2）預(yù)熱可降低鈦合金焊接應(yīng)力。均勻地局部預(yù)熱或整體預(yù)熱，可以減少鈦合金焊接區(qū)域被焊工件之間的溫度差（也稱為溫度梯度）。這樣，一方面降低了鈦合金焊接應(yīng)力，另一方面，降低了鈦合金焊接應(yīng)變速率，有利于避免產(chǎn)生鈦合金焊接裂紋。（3）預(yù)熱可以降低鈦合金焊接結(jié)構(gòu)的拘束度，對降低角接接頭的拘束度尤為明顯，隨著預(yù)熱溫度的提高，裂紋發(fā)生率下降。

預(yù)熱溫度和層間溫度的選擇不僅與鋼材和焊條的化學成分有關(guān)，還與鈦合金焊接結(jié)構(gòu)的剛性、鈦合金焊接方法、環(huán)境溫度等有關(guān)，應(yīng)綜合考慮這些因素后確定。另外，預(yù)熱溫度在鋼材板厚方向的均勻性和在焊縫區(qū)域的均勻性，對降低鈦合金焊接應(yīng)力有著重要的影響。局部預(yù)熱的寬度，應(yīng)根據(jù)被焊工件的拘束度情況而定，一般應(yīng)為焊縫區(qū)周圍各三倍壁厚，且不得少于150-200毫米。如果預(yù)熱不均勻，不但不減少鈦合金焊接應(yīng)力，反而會出現(xiàn)增大鈦合金焊接應(yīng)力的情況。

2.焊后熱處理
焊后熱處理的目的有三個：消氫、消除鈦合金焊接應(yīng)力、改善焊縫組織和綜合性能。焊后消氫處理，是指在鈦合金焊接完成以后，焊縫尚未冷卻至100℃以下時，進行的低溫熱處理。一般規(guī)范為加熱到200~350℃，保溫2-6小時。焊后消氫處理的主要作用是加快焊縫及熱影響區(qū)中氫的逸出，對于防止鈦合金焊接時產(chǎn)生焊接裂紋的效果極為顯著。

消應(yīng)力熱處理是使焊好的工件在高溫狀態(tài)下，其屈服強度下降，來達到松弛鈦合金焊接應(yīng)力的目的。常用的方法有兩種：一是整體高溫回火，即把焊件整體放入加熱爐內(nèi)，緩慢加熱到一定溫度，然后保溫一段時間，最后在空氣中或爐內(nèi)冷卻。用這種方法可以消除80%-90%的鈦合金焊接應(yīng)力。另一種方法是局部高溫回火，即只對焊縫及其附近區(qū)域進行加熱，然后緩慢冷卻，降低鈦合金焊接應(yīng)力的峰值，使應(yīng)力分布比較平緩，起到部分消除鈦合金焊接應(yīng)力的目的。有些合金材料在鈦合金焊接以后，其鈦合金焊接接頭會出現(xiàn)淬硬組織，使材料的機械性能變壞。此外，這種淬硬組織在鈦合金焊接應(yīng)力及氫的作用下，可能導(dǎo)致接頭的破壞。如果經(jīng)過熱處理以后，接頭的金相組織得到改善，提高了鈦合金焊接接頭的塑性、韌性，從而改善了鈦合金焊接接頭的綜合機械性能。