TA2钛管道焊接性能的研究
钛及钛合金具有强度高、塑韧性好等优良特性,被广泛的应用在造船、航空航天和化工等领域。因此,钛及钛合金焊接工艺研究工作的进展具有很大工程应用价值。
本文采用手工钨极氩弧焊,对TA2纯钛管进行焊接试验。对焊接接头进行外观检验、X射线探伤检测分析、力学性能检测分析、XRD测试分析、微观组织及断口形貌分析和耐腐蚀性能研究。
研究结果为TA2钛管道连接在舰船上的应用提供理论支持,本文主要完成的研究内容如下:
(1)研究焊接电流对焊缝成形的影响;通过对焊接接头进行外观检验和X射线探伤检测分析,结果表明焊缝和母材颜色一致为银白色,符合GB/T4363标准,焊缝不存在裂纹、未焊透、夹杂和气孔等缺陷,焊缝属于B级焊缝,符合国际标准ISO 5817:2014要求。
(2)通过对焊接接头力学性能和微观组织检测分析,结果表明拉伸试样在焊缝处发生塑性断裂,两个试样的抗拉强度为424.91 MPa和409.98 MPa,均高于规定抗拉强度430 MPa(母材测量值)的0.9倍,正弯和背弯达到180°不开裂,符合国标GB/T 3634-2010规定;母材、热影响区和焊缝的硬度值变化范围分别为176-184 HV、170-178HV、168-173 HV,硬度整体值表现为:母材热影响区焊缝的趋势;由XRD图谱可以得出,当衍射角度2θ为40°左右时,出现了最高衍射峰,和Ti的衍射峰重合。Ti作为主要相存在,之后随着衍射角的增加,衍射峰的强度逐渐变弱。通过比对分析,TiO2、Ti3N2、TiH2和S、P化合物在钛管中部分存在,只不过含量较少,其弥散分布在钛管中;从宏观组织上看,可以明显看到母材区、热影响区和焊缝区分布情况;从微观组织上看,母材区域的组织为α等轴晶,晶粒细小;热影响区的组织为大量等轴晶和少许细长条状晶体的结合,长条状晶体经分析发现是马氏体组织;焊缝区也存在少许等轴晶粒,并且可以看到大量拉长状的晶体,即针状的马氏体组织。
(3)通过盐雾腐蚀和电化学腐蚀两种实验方法,对钛管焊缝区和母材试样的耐腐蚀性能进行检测和对比分析,从失重量、腐蚀后的形貌,以及腐蚀速率等方面来研究焊接接头和母材的耐腐蚀性能。结果表明:TA2纯钛和焊缝耐盐雾腐蚀的性能均较好;试样在3.5%HCl溶液中,TA2纯钛管、热影响区和焊缝的自腐蚀电位分别为-0.623 V、-0.756 V和-0.774 V,自腐蚀电流分别为9.451e-6A、9.688e-6A和1.536e-5A,通过比较可知,耐腐蚀性能表现为:母材热影响区焊缝;试样在3.5%NaCl溶液中,母材、热影响区和焊缝的腐蚀电位分别为-1.378 V、-1.386 V、-1.303 V,腐蚀电流分别为 1.077e-5A、2.339e-5A、7.561e-6A,通过比较可知,耐腐蚀性能表现为:焊缝母材热影响区。
(4)焊接试验得到的钛管经过测试,使用状况良好,可应用于舰船上的管道系统。
