钛及钛合金焊缝的组织性能对环境的要求

钛及钛合金由于密度小、强度高、耐热耐腐蚀性能优异而广泛地应用于航空航天、石油化工、造船等部分。钛材因其良好的耐腐蚀性能在海洋工业中广泛应用。大多数船用钛合金具有优良的焊接加工性能。钛是非常活泼的金属，高温下与碳、氢、氧、氮等有很强的亲和力,在焊缝中生成氢化钛、碳化钛、氧化钛、氮化钛等脆性化合物,使焊缝的塑性韧性下降。钛的导热系数小，熔点较高，钛合金焊接时容易出现热量集中，高温停留时间过长，会导致焊缝晶粒粗大，降低钛合金焊接接头的综合性能。

钛合金应用过程中，针对各种合金的特点，结构的使用工况条件，正确地设计接头形式，合理地选择钛合金焊接材料，制定合理的钛合金焊接工艺，提供钛合金焊接高温区良好、可靠的气体保护和正确地采用消除应力措施，是确保获得综合性能优良的船用钛合金钛合金焊接接头的关键。现有一台我公司为中国海洋石油公司制造的海水冷却器,设备参数如下:换热面积30m2,直径φ400mm。管程介质:海水;设计压力: 1. 3Mpa;设计温度35℃;主体材质:TA2。壳程介质:天然气;设计压力1. 0Mpa;设计温度175℃;主体材质:Q345R。其中管程筒节材质TA2,厚度为10mm;钛管板材质:TA2,厚度为: 45mm;换热管规格为:φ19×2,材质: TA2。换热管与管板连接采用强度焊。

目前高性能的飞机、坦克正在采用钛合金部件，而且在石油化工部分中钛合金部件使用的范围也正在逐渐扩大。而钛合金在飞机及其发动机和石油化工部分上的应用，不可避免需要使用钛合金焊接手段进行连接，这对扩大钛合金的应用范围具有重要的意义。随着科学技术和经济的飞速发展，对钢铁材料提出了越来越多的极其严格的要求，轻型节能汽车、高速铁路、重载桥梁、油气输送管线、工程机械、大型船舶等领域都需要大量性能好、使用寿命长、价格低廉的钢材。这一问题引起了各国政府和钢铁材料界专家的重视，通过细化钢的组织，提高钢的洁净度、改善钢的均匀性、提高其强度和使用寿命。微合金钢因其性能优异、成本相对较低，在诸多领域得到了迅速的发展。随着钢在各领域的扩大使用，需要采用钛合金焊接成型工艺的场合越发增加，研究表明，低合金高强钢中利用Ti、Nb、V等元素进行微合金化，钢中的TiN、NbN、VN等粒子抑制奥氏体晶粒的长大，可有效提高采用大热输入钛合金焊接方法钢的强度，并改善钛合金焊接粗晶热影响区的韧度。通过适当焊后热处理可使Ti在焊缝中主要以TiC/N形式出现，TiC/N面心立方结构和钢的面心立方、体心立方基体有共格性，在一定的条件下既可以溶入又可以析出，可通过其碳、氮化物微粒(尺寸小于5nm)的弥散析出及Ti的固溶细化晶粒沉淀强化，极大地提高焊缝金属的强韧性。因此研究焊后热处理条件下，钛在焊缝金属中的存在形式及其对焊缝金属组织和性能的影响具有较大的应用前景。