TA2鈦管道焊接性能的研究
鈦及鈦合金具有強度高、塑韌性好等優良特性,被廣泛的應用在造船、航空航天和化工等領域。因此,鈦及鈦合金焊接工藝研究工作的進展具有很大工程應用價值。
本文采用手工鎢極氬弧焊,對TA2純鈦管進行焊接試驗。對焊接接頭進行外觀檢驗、X射線探傷檢測分析、力學性能檢測分析、XRD測試分析、微觀組織及斷口形貌分析和耐腐蝕性能研究。
研究結果為TA2鈦管道連接在艦船上的應用提供理論支持,本文主要完成的研究內容如下:
(1)研究焊接電流對焊縫成形的影響;通過對焊接接頭進行外觀檢驗和X射線探傷檢測分析,結果表明焊縫和母材顏色一致為銀白色,符合GB/T4363標準,焊縫不存在裂紋、未焊透、夾雜和氣孔等缺陷,焊縫屬于B級焊縫,符合國際標準ISO 5817:2014要求。
(2)通過對焊接接頭力學性能和微觀組織檢測分析,結果表明拉伸試樣在焊縫處發生塑性斷裂,兩個試樣的抗拉強度為424.91 MPa和409.98 MPa,均高于規定抗拉強度430 MPa(母材測量值)的0.9倍,正彎和背彎達到180°不開裂,符合國標GB/T 3634-2010規定;母材、熱影響區和焊縫的硬度值變化范圍分別為176-184 HV、170-178HV、168-173 HV,硬度整體值表現為:母材熱影響區焊縫的趨勢;由XRD圖譜可以得出,當衍射角度2θ為40°左右時,出現了最高衍射峰,和Ti的衍射峰重合。Ti作為主要相存在,之后隨著衍射角的增加,衍射峰的強度逐漸變弱。通過比對分析,TiO2、Ti3N2、TiH2和S、P化合物在鈦管中部分存在,只不過含量較少,其彌散分布在鈦管中;從宏觀組織上看,可以明顯看到母材區、熱影響區和焊縫區分布情況;從微觀組織上看,母材區域的組織為α等軸晶,晶粒細小;熱影響區的組織為大量等軸晶和少許細長條狀晶體的結合,長條狀晶體經分析發現是馬氏體組織;焊縫區也存在少許等軸晶粒,并且可以看到大量拉長狀的晶體,即針狀的馬氏體組織。
(3)通過鹽霧腐蝕和電化學腐蝕兩種實驗方法,對鈦管焊縫區和母材試樣的耐腐蝕性能進行檢測和對比分析,從失重量、腐蝕后的形貌,以及腐蝕速率等方面來研究焊接接頭和母材的耐腐蝕性能。結果表明:TA2純鈦和焊縫耐鹽霧腐蝕的性能均較好;試樣在3.5%HCl溶液中,TA2純鈦管、熱影響區和焊縫的自腐蝕電位分別為-0.623 V、-0.756 V和-0.774 V,自腐蝕電流分別為9.451e-6A、9.688e-6A和1.536e-5A,通過比較可知,耐腐蝕性能表現為:母材熱影響區焊縫;試樣在3.5%NaCl溶液中,母材、熱影響區和焊縫的腐蝕電位分別為-1.378 V、-1.386 V、-1.303 V,腐蝕電流分別為 1.077e-5A、2.339e-5A、7.561e-6A,通過比較可知,耐腐蝕性能表現為:焊縫母材熱影響區。
(4)焊接試驗得到的鈦管經過測試,使用狀況良好,可應用于艦船上的管道系統。
