1. 鈦及鈦合金鈦管焊縫顏色變化及其缺陷產(chǎn)生機(jī)理

鈦及鈦合金鈦管焊縫缺陷及產(chǎn)生機(jī)理如下，進(jìn)行鈦管焊接時(shí)，因氬弧焊槍形成的氬氣氣體維護(hù)層只能維護(hù)好焊接熔池不受空氣的有害作用，而對(duì)已凝固而處于高溫狀態(tài)附近的焊縫及其附近區(qū)域則無(wú)保護(hù)作用，而處于這種狀態(tài)的鈦管焊縫及其附近的區(qū)域仍有很強(qiáng)的吸收空氣中的氮及氧的能力。從400℃開(kāi)始吸收氧，從600℃開(kāi)始吸收氮，而空氣中含有大量氮和氧。隨氧化水平逐步加重，鈦管焊縫顏色發(fā)生變化及焊縫塑性下降的規(guī)律。銀白色（無(wú)氧化）金黃色（TiO,大約在250℃左右鈦開(kāi)始吸收氫。輕微氧化）藍(lán)色（Ti2O3氧化稍為嚴(yán)重）灰色（TiO2氧化嚴(yán)重）。

2. 通過(guò)鈦焊縫表面的顏色可以對(duì)鈦焊接的質(zhì)量進(jìn)行判別

1) 隨著焊縫顏色的加深，即焊縫氧化程度的增加，焊縫的硬度隨之增加，通過(guò)同行實(shí)驗(yàn)的測(cè)試，鈦金屬的硬度增加，焊縫中諸如氧、氮等有害物質(zhì)增加，并大大降低焊接的質(zhì)量。

2) 鈦的焊接性和它的化學(xué)和物理的屬性具有十分重要的關(guān)系，但是關(guān)鍵在于，在高溫的情況下，鈦的高活性容易受到空氣污染，在加熱的時(shí)候，其晶粒出現(xiàn)脹大，當(dāng)焊接的接頭冷卻時(shí)，就會(huì)使其形成脆性相。鈦的熔點(diǎn)很高，可以達(dá)到1668±10℃，比焊接鋼時(shí)需要的能量還多，同時(shí)，鈦的化學(xué)性比較的活潑，與O和H作用比鋼容易得多，在600℃以上就急劇化合。100℃就大量吸收H和O，溶H能力比鋼大幾萬(wàn)倍，進(jìn)而生成氫化鈦，使韌性急劇下降。氣體雜質(zhì)增大了冷裂紋和延遲裂紋的傾向，增大缺口敏感性。因此焊接用氬氣純度應(yīng)不低于99.99%，濕度應(yīng)不高于0.039%，焊絲的含氫量應(yīng)在0.002%以下。鈦的傳熱系數(shù)是鋼的1/2，在882℃發(fā)生α至β的轉(zhuǎn)變，溫度再高，β晶粒則急劇跳躍式長(zhǎng)大，性能明顯惡化，所以要嚴(yán)格控制溫度，特別要控制焊接熱循環(huán)中的高溫停留時(shí)間。焊接鈦時(shí)沒(méi)有熱裂紋及晶間裂紋問(wèn)題，但存在氣孔問(wèn)題，尤其是焊α+β合金。

3. 鈦焊接注意事項(xiàng)

鈦金屬在焊接時(shí)要注意以下問(wèn)題：

1) 鈦焊接過(guò)程中要對(duì)于焊接區(qū)域及焊后高溫區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格的保護(hù)，以避免空

氣的進(jìn)入焊接及高溫區(qū)域?qū)缚p質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，故如99.99%的純氬及后拖保護(hù)罩是必須的。下圖為鈦材焊接拖罩示意圖。

2）焊縫坡口要求采用機(jī)械加工（不得才有打磨的方法加工）。

3）點(diǎn)焊應(yīng)當(dāng)避免，并采用高頻起弧。

4）避免焊后熱處理；如果必須進(jìn)行焊后熱處理時(shí)，熱處理溫度應(yīng)小于650℃。

1. 鋯材焊前清理

對(duì)于鋯材的切割和坡口加工，可以采用機(jī)械方法，也可以采用氧-乙炔焰、等離子弧等熱切割方法，但熱切割會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的火煙，切口周邊材料被嚴(yán)重污染，必須打磨清除，造成浪費(fèi)，因此在切割工件時(shí)，盡可能采用機(jī)械方法，如鋸、車(chē)、銑、鉆、刨等加工方法，配合水冷卻液降溫，避免溫升造成材料損失。坡口周邊25mm內(nèi)外表面較厚的氧化膜，可使用銼刀、電磨、砂輪機(jī)進(jìn)行清理。坡口表面應(yīng)光潔，無(wú)毛刺、凹坑、殘存沙粒等缺陷，最后還應(yīng)使用不銹鋼絲刷仔細(xì)清理。加工使用的工具應(yīng)為專用，保持清潔。加工產(chǎn)生的屑，沫堆積在空氣中會(huì)產(chǎn)生自燃，應(yīng)存放在盛水的容器中。另外在加工完成的坡口周邊75mm范圍內(nèi)外表面，還應(yīng)使用合適的溶劑（丙酮、酒精）擦洗，除去油脂、水分、灰塵，擦洗應(yīng)采用干凈的海綿或白綢布，不得使用毛巾，棉紗。不允許戴橡膠手套。清洗過(guò)程中應(yīng)反復(fù)擦拭焊件直到海綿上無(wú)污色為止。清洗好的焊件應(yīng)立即焊接，焊件置放時(shí)間不得超過(guò)8小時(shí)，否則應(yīng)再次清理。

2. 填充焊絲使用前應(yīng)用溶劑清除表面上的油脂，殘留潤(rùn)滑劑和灰塵等污物，清理好的焊絲應(yīng)放在干燥和干凈的場(chǎng)所保存。下圖為鋯材管道焊接內(nèi)部保護(hù)工裝示意圖。

為防止受空氣污染，焊接時(shí)必須采用有效的氣體保護(hù)措施，直至金屬溫度小于300℃為止。保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)根據(jù)接頭形式和尺寸確定，用導(dǎo)熱性能較好的材料制成，形狀宜與焊件邊緣相似，能夠貼近焊件表面。

引弧前，噴嘴及正反面保護(hù)裝置應(yīng)提前供氣，并足以排除氣路及保護(hù)裝置內(nèi)空氣和吸附的潮氣。背面提前通氣量推薦為10倍所需排去的空氣體積。熄弧后，噴嘴及正反保護(hù)裝置應(yīng)繼續(xù)通氣，直到焊區(qū)金屬冷卻到300℃以下為止。

焊接鋯材時(shí),檢驗(yàn)員應(yīng)檢查每層焊道表面顏色。焊道表面應(yīng)是銀白色，完工的焊縫內(nèi)外表面允許有淡黃色或金黃色存在，但必須用不銹鋼絲刷去除掉。如果出現(xiàn)更深的表面變色，則認(rèn)為所采取的保護(hù)措施或工藝不當(dāng)，應(yīng)采用合適的方法除去受污染的焊肉和臨近的母材金屬，并進(jìn)行必要的修復(fù)。

三.不銹鋼的焊縫顏色和判定標(biāo)準(zhǔn)

不銹鋼焊接的顏色判定標(biāo)準(zhǔn)主要是通過(guò)觀察焊縫的顏色來(lái)判斷焊接質(zhì)量的好壞。通常情況下，不銹鋼焊接的顏色應(yīng)該是銀白色或金黃色，如果出現(xiàn)其他顏色，則可能表示焊接質(zhì)量存在問(wèn)題。

具體的顏色判定標(biāo)準(zhǔn)如下：

1. 銀白色：這是不銹鋼焊接最理想的顏色，表明焊接質(zhì)量良好，焊縫均勻、光滑，無(wú)氣孔、夾渣等缺陷。

2. 金黃色：這也是比較理想的顏色，表明焊接質(zhì)量較好，但可能存在一些小的氣孔或夾渣。

3. 藍(lán)色：如果焊縫呈現(xiàn)藍(lán)色，表明焊接溫度過(guò)高，可能會(huì)導(dǎo)致焊縫晶粒粗大，降低焊接接頭的力學(xué)性能。

4. 灰色：如果焊縫呈現(xiàn)灰色，表明焊接溫度過(guò)低，可能會(huì)導(dǎo)致焊縫未熔合或未焊透等缺陷。

5. 黑色：如果焊縫呈現(xiàn)黑色，表明焊接過(guò)程中存在嚴(yán)重的問(wèn)題，如氧化、過(guò)熱等，需要重新焊接。

需要注意的是，顏色判定標(biāo)準(zhǔn)只是一種初步的判斷方法，不能代替實(shí)際的焊接質(zhì)量檢測(cè)。在進(jìn)行不銹鋼焊接時(shí)，還需要進(jìn)行焊縫的外觀檢查、無(wú)損檢測(cè)等，以確保焊接質(zhì)量符合要求。

不銹鋼焊縫顏色的好壞和焊接工藝參數(shù)，以及焊接師傅的技術(shù)水平是分不開(kāi)的，其主要問(wèn)題有：

1.焊前坡口的清潔度；2.保護(hù)氣體的純度及流量  ；3.焊接電流的大小；4.焊材的質(zhì)量；5.焊縫的道數(shù)和層數(shù)；6.焊接速度；7.層間溫度的控制；8.熱輸入量的控制。

四.鎳基合金的焊接氧化與控制

鎳合金系統(tǒng)有Ni   Ni-Cu，Ni-Cr-Mo，Ni-Cr-Fe，Ni-Mo；合金名稱為Nickel，Monel，Inconel，HastelloyB、B2，C276、C4。

鐵鎳合金合金系統(tǒng)有：Fe-Ni-Cr，Ni-Cr-Fe-Mo，Ni-Fe-Cr，合金名稱為Incoloy，Carpenter，HastelloyG、G2，HastelloyX。

1.焊件清理

焊件表面的清潔性是成功地焊接鎳基耐蝕合金的一個(gè)重要要求。焊件表面的污染物質(zhì)主要是表面氧化皮和引起脆化的元素。鎳基耐蝕合金表面氧化皮的熔點(diǎn)比母材高得多,常常可能形成夾渣或細(xì)小的不連續(xù)氧化物。S、P、Pb、Sn、Zn、Bi、Sb和As等凡是能和Ni形成低熔點(diǎn)共晶的元素都是有害元素。這些有害元素增加鎳基耐蝕合金的熱裂紋傾向。在焊接預(yù)熱或焊接前,必須完全清除這些雜質(zhì)。

清理的方法取決于被清理物質(zhì)的種類(lèi)。車(chē)間污物、油脂可用蒸汽脫脂或用丙酮及其他溶液去除。對(duì)不溶于脫脂劑的漆和其他雜物，可用氯甲烷、堿等清洗劑或特殊專用合成劑清洗。標(biāo)記墨水一般用甲醇清洗。被壓入焊件表面的雜質(zhì)，可用磨削、噴丸或鹽酸溶液(10%體積比)清洗并用清水洗凈。

組對(duì)前應(yīng)打磨坡口及兩側(cè)各20mm范圍內(nèi)油污、鐵銹等，直至露出金屬光澤，且焊前相應(yīng)打磨范圍的表面應(yīng)用有機(jī)溶劑清洗；待溶劑揮發(fā)后在坡口兩側(cè)100mm范圍內(nèi)還應(yīng)涂上防飛濺涂料。

2.焊接要點(diǎn)

鎳及鎳基合金時(shí)，形成氣孔的敏感性較強(qiáng)。焊接表面的潮氣、油垢、氧化物等，如清理不凈，鎳及合金焊接時(shí)，熔池的流動(dòng)性較差，有時(shí)可產(chǎn)生較大的氣孔大。這些氣孔多位于熔合線附近。只要對(duì)焊件進(jìn)行清理，選 定合適的焊接材料，采用合理的焊接規(guī)范，一般是防止氣孔的產(chǎn)生。

采用氬弧焊焊接時(shí)，管子內(nèi)部應(yīng)進(jìn)行充氬保護(hù)，氬氣純度不低于99.99%，打底時(shí)，熔池前沿保持直徑為2mm～3mm的小孔，焊絲以滴狀過(guò)渡至熔池；

手工電弧焊填充及蓋面時(shí)，在坡口兩側(cè)各不小于100mm范圍內(nèi)的母材上涂以白堊粉，以防焊接飛濺損傷母材。

層間溫度應(yīng)嚴(yán)格控制，生產(chǎn)實(shí)踐中大都控制在100℃以下，以減少過(guò)熱。

3.焊接氧化控制

常溫下，鎳基合金材料是比較穩(wěn)定的，隨著溫度升高，它的性能開(kāi)始變化，其吸收氮、氫、氧的能力隨之上升。鎳基合金材料在500℃高溫空氣中出現(xiàn)輕度氧化，當(dāng)溫度達(dá)到750℃時(shí)，則劇烈氧化。隨著焊縫含氧量上升，焊縫的抗拉強(qiáng)度和硬度明顯上升，而塑性明顯下降，焊縫因氧的污染而變脆。同時(shí)由于鎳的氧化物的熔點(diǎn)比鎳本身的熔點(diǎn)高出了近45％，即當(dāng)鎳熔熔化（熔點(diǎn)1446℃）的時(shí)候，氧化鎳（熔點(diǎn)2090℃）還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到其熔點(diǎn)。所以，在表面上沒(méi)有完全清除的氧化鎳，摻雜在熔池中就會(huì)形成夾渣。為防止焊接區(qū)域表面的氧化物和避免脆化元素溶入其中，焊接區(qū)域表面的清潔工作必須清理徹底。

氮在高溫液態(tài)金屬的溶解度隨氧的分壓增加而增大，氮對(duì)焊縫強(qiáng)度、硬度、塑性的影響比氧更為顯著，就是說(shuō)氮的污染脆化作用比氧更為嚴(yán)重，氮對(duì)焊縫的影響主要是對(duì)沖擊韌度降低。

由于難以避免氣體雜質(zhì)污染所引起的焊接接頭脆化，在進(jìn)行鎳基合金材料焊接時(shí)對(duì)其工藝提出了特殊的要求。采用鎢極氬弧打底焊和手工電弧焊蓋面是比較合理的焊接方法，但必須注意，通常的焊槍結(jié)構(gòu)和工藝是不足以保證焊接接頭質(zhì)量的。因?yàn)橐话愫笜尳Y(jié)構(gòu)所形成的氣體保護(hù)層只能保護(hù)焊接熔池不受空氣污染，對(duì)已凝固而處在高溫狀態(tài)的焊縫及其熱影響區(qū)則無(wú)保護(hù)作用。處于這種狀態(tài)的鎳還有很強(qiáng)的吸收空氣中氮和氧的能力，勢(shì)必引起焊縫變脆，而使塑性嚴(yán)重下降。焊縫背面若不采取有效保護(hù)，也將產(chǎn)生類(lèi)似結(jié)果，處于高溫熔化的熔池和熔滴金屬更易被氣體雜質(zhì)污染。因此，必須采取一系列的保護(hù)措施，來(lái)提鎳基合金材料的焊接質(zhì)量。

在進(jìn)行手工鎢極氬弧焊焊接時(shí)，滯后停氣時(shí)間應(yīng)稍長(zhǎng)。在重新起弧前剪去焊絲末端，以免將殘留在末端上的氧化物帶入熔池。采用較大的氣罩（如噴嘴直徑選大一個(gè)的型號(hào)φ12）以便把熔池最 大限度地屏蔽在保護(hù)氣流之中，焊接過(guò)程中或者焊接結(jié)束后，始終把焊絲的熱端留在熔池中。

五.鋁合金的焊接氧化與控制

1. 鋁及鋁合金的焊接性分析

鋁及其合金化學(xué)活潑性很強(qiáng)，表面易形成氧化膜，且多具有難熔性質(zhì)（如Al2O3的熔點(diǎn)約為2050℃，MgO的熔點(diǎn)約為2500℃），加之鋁及其合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時(shí)容易造成不熔合現(xiàn)象。由于氧化膜密度同鋁的密度極其接近，所以也容易成為焊縫金屬的夾雜物。同時(shí)，氧化膜（特別是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可以吸收較多的水分而常常成為形成焊縫氣孔的重要原因之一。此外，鋁及其合金的線脹系數(shù)大（約為鋼的2倍），導(dǎo)熱性又強(qiáng)（比鋼約大一倍多），焊接時(shí)容易產(chǎn)生翹曲變形。

鋁及其合金熔焊時(shí)最常見(jiàn)的缺陷是焊縫氣孔，尤其是純鋁和防銹鋁的焊接。氫是鋁及其合金熔焊時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因，氫的來(lái)源，主要是弧柱氣氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分。其中，焊絲及母材表面氧化膜的吸附水分，對(duì)焊縫氣孔的產(chǎn)生，常占有突出地位。

弧柱氣氛中水分的影響弧柱空間總是或多或少存在一定量的水分，尤其是在潮濕季節(jié)或濕度大的地區(qū)進(jìn)行焊接時(shí)。由弧柱氣氛中水分分解而來(lái)的氫，熔入過(guò)熱的熔融金屬中，可成為焊縫氣孔的主要原因。此時(shí)所形成的氣孔，具有白亮內(nèi)壁的特征。

母材表面氧化膜也會(huì)在近縫區(qū)引起“氣孔”，主要發(fā)現(xiàn)于Al-Mg合金氣焊的條件下，實(shí)際上在用氣焊火焰沿板表面加熱一道后，也能看到這種現(xiàn)象。這種“氣孔”往往以表面密集的小顆粒狀的“鼓泡”形式呈現(xiàn)出來(lái)，也可認(rèn)為是“皮下氣孔”。

2. 鋁合金防止焊縫氣孔的途徑

為了防止焊縫氣孔，可從兩方面著手：第一，限制氫溶入熔融金屬，或者是減少氫的來(lái)源，或者減少氫同熔融金屬作用的時(shí)間；第二，盡量促使氫自熔池逸出，即在熔池凝固之前使氫以氣泡形式及時(shí)排除，這就要改善冷卻條件以增加氫的逸出時(shí)間。顯然，熔池存在時(shí)間對(duì)氫的熔入和逸出的影響是有矛盾的。在這種情況下，盡量限制氫的來(lái)源有著現(xiàn)實(shí)的意義。在鋁及鋁合金焊縫中形成氣孔的氣體主要是氫，氫的主要來(lái)源于Al2O3膜的吸附水和弧柱中的水蒸氣，防治措施如下：

1）限制焊材含水量，采用干燥處理，氬氣含水量要求小于0.08%，雜質(zhì)含量小于0.05%；焊前清除母材及漢斯表面的氧化膜，清除后的母材和焊絲最好在2~3h內(nèi)焊接，最多不超過(guò)24h，焊絲清除后最好放在150~200℃烘箱中，隨取隨用。

2）加強(qiáng)正、背面保護(hù)，配合坡口刮削，清除根部氧化膜，可以有效地防止氣孔。

3）TIG焊選用大的焊接電流配合較高的焊接速度。

4）MIG焊選用大的焊接電流，慢的焊接速度，以提高熔池的存在時(shí)間。

5）在氬氣中加入少量的CO2和O2等氧化性氣體，使氫發(fā)生氧化而降低氫的分壓等。

六.焊縫顏色與控制小結(jié)