鈦及鈦合金焊縫的組織性能對環境的要求

鈦及鈦合金由于密度小、強度高、耐熱耐腐蝕性能優異而廣泛地應用于航空航天、石油化工、造船等部分。鈦材因其良好的耐腐蝕性能在海洋工業中廣泛應用。大多數船用鈦合金具有優良的焊接加工性能。鈦是非常活潑的金屬，高溫下與碳、氫、氧、氮等有很強的親和力,在焊縫中生成氫化鈦、碳化鈦、氧化鈦、氮化鈦等脆性化合物,使焊縫的塑性韌性下降。鈦的導熱系數小，熔點較高，鈦合金焊接時容易出現熱量集中，高溫停留時間過長，會導致焊縫晶粒粗大，降低鈦合金焊接接頭的綜合性能。

鈦合金應用過程中，針對各種合金的特點，結構的使用工況條件，正確地設計接頭形式，合理地選擇鈦合金焊接材料，制定合理的鈦合金焊接工藝，提供鈦合金焊接高溫區良好、可靠的氣體保護和正確地采用消除應力措施，是確保獲得綜合性能優良的船用鈦合金鈦合金焊接接頭的關鍵。現有一臺我公司為中國海洋石油公司制造的海水冷卻器,設備參數如下:換熱面積30m2,直徑φ400mm。管程介質:海水;設計壓力: 1. 3Mpa;設計溫度35℃;主體材質:TA2。殼程介質:天然氣;設計壓力1. 0Mpa;設計溫度175℃;主體材質:Q345R。其中管程筒節材質TA2,厚度為10mm;鈦管板材質:TA2,厚度為: 45mm;換熱管規格為:φ19×2,材質: TA2。換熱管與管板連接采用強度焊。

目前高性能的飛機、坦克正在采用鈦合金部件，而且在石油化工部分中鈦合金部件使用的范圍也正在逐漸擴大。而鈦合金在飛機及其發動機和石油化工部分上的應用，不可避免需要使用鈦合金焊接手段進行連接，這對擴大鈦合金的應用范圍具有重要的意義。隨著科學技術和經濟的飛速發展，對鋼鐵材料提出了越來越多的極其嚴格的要求，輕型節能汽車、高速鐵路、重載橋梁、油氣輸送管線、工程機械、大型船舶等領域都需要大量性能好、使用壽命長、價格低廉的鋼材。這一問題引起了各國政府和鋼鐵材料界專家的重視，通過細化鋼的組織，提高鋼的潔凈度、改善鋼的均勻性、提高其強度和使用壽命。微合金鋼因其性能優異、成本相對較低，在諸多領域得到了迅速的發展。隨著鋼在各領域的擴大使用，需要采用鈦合金焊接成型工藝的場合越發增加，研究表明，低合金高強鋼中利用Ti、Nb、V等元素進行微合金化，鋼中的TiN、NbN、VN等粒子抑制奧氏體晶粒的長大，可有效提高采用大熱輸入鈦合金焊接方法鋼的強度，并改善鈦合金焊接粗晶熱影響區的韌度。通過適當焊后熱處理可使Ti在焊縫中主要以TiC/N形式出現，TiC/N面心立方結構和鋼的面心立方、體心立方基體有共格性，在一定的條件下既可以溶入又可以析出，可通過其碳、氮化物微粒(尺寸小于5nm)的彌散析出及Ti的固溶細化晶粒沉淀強化，極大地提高焊縫金屬的強韌性。因此研究焊后熱處理條件下，鈦在焊縫金屬中的存在形式及其對焊縫金屬組織和性能的影響具有較大的應用前景。