TA2鈦管道焊接性能的研究
鈦及鈦合金具有強(qiáng)度高、塑韌性好等優(yōu)良特性,被廣泛的應(yīng)用在造船、航空航天和化工等領(lǐng)域。因此,鈦及鈦合金焊接工藝研究工作的進(jìn)展具有很大工程應(yīng)用價(jià)值。
本文采用手工鎢極氬弧焊,對TA2純鈦管進(jìn)行焊接試驗(yàn)。對焊接接頭進(jìn)行外觀檢驗(yàn)、X射線探傷檢測分析、力學(xué)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(jié)果為TA2鈦管道連接在艦船上的應(yīng)用提供理論支持,本文主要完成的研究內(nèi)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(jìn)行外觀檢驗(yàn)和X射線探傷檢測分析,結(jié)果表明焊縫和母材顏色一致為銀白色,符合GB/T4363標(biāo)準(zhǔn),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(biāo)準(zhǔn)ISO 5817:2014要求。
(2)通過對焊接接頭力學(xué)性能和微觀組織檢測分析,結(jié)果表明拉伸試樣在焊縫處發(fā)生塑性斷裂,兩個(gè)試樣的抗拉強(qiáng)度為424.91 MPa和409.98 MPa,均高于規(guī)定抗拉強(qiáng)度430 MPa(母材測量值)的0.9倍,正彎和背彎達(dá)到180°不開裂,符合國標(biāo)GB/T 3634-2010規(guī)定;母材、熱影響區(qū)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(xiàn)為:母材熱影響區(qū)焊縫的趨勢;由XRD圖譜可以得出,當(dāng)衍射角度2θ為40°左右時(shí),出現(xiàn)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(qiáng)度逐漸變?nèi)酢Ｍㄟ^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(qū)、熱影響區(qū)和焊縫區(qū)分布情況;從微觀組織上看,母材區(qū)域的組織為α等軸晶,晶粒細(xì)小;熱影響區(qū)的組織為大量等軸晶和少許細(xì)長條狀晶體的結(jié)合,長條狀晶體經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是馬氏體組織;焊縫區(qū)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(xué)腐蝕兩種實(shí)驗(yàn)方法,對鈦管焊縫區(qū)和母材試樣的耐腐蝕性能進(jìn)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(jié)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(qū)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(xiàn)為:母材熱影響區(qū)焊縫;試樣在3.5%NaCl溶液中,母材、熱影響區(qū)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(xiàn)為:焊縫母材熱影響區(qū)。
(4)焊接試驗(yàn)得到的鈦管經(jīng)過測試,使用狀況良好,可應(yīng)用于艦船上的管道系統(tǒng)。
