钛合金的常见缺陷及其控制
钛合金中的β斑点及其研究方法
钛合金中的β斑点及其研究方法
β斑点是钛合金中常见的一种缺陷，通常呈圆形或椭圆形，颜色较深，直径约为1-20微米。
它是由钛合金中的β相（TiAl）在冷却过程中形成的，由于β相的硬度和脆性较高，因此β斑点的存在会降低钛合金的强度和韧性。
研究β斑点的方法主要包括以下几种：
1. 光学显微镜观察法：通过光学显微镜观察样品表面和截面，可以发现β斑点的位置、大小和形状等特征。
2. X射线衍射法：利用X射线衍射技术可以确定β斑点的成分和晶体结构，从而进一步了解其形成机制。
3. 扫描电子显微镜(SEM)观察法：通过SEM观察样品表面形貌和微观结构，可以更加清晰地看到β斑点的细节信息。
4. 拉伸试验法：通过对含有β斑点的钛合金进行拉伸试验，可以评估其力学性能和断裂行为，进而推断出β斑点对材料性能的影响程度。
钛合金管路连接件氩弧焊常见缺陷及控制
时最常见 的缺 陷 ， 占钛 合金 整个 焊接 缺 陷 的 ７ ％ 以 它 ０ 上 。形成气孔 的因素很 多 ， 一般认 为 ： 氢气是 引起气 孔
的主要原因。在焊缝金属冷却过程中， 氢的溶解度会
发生变化 ， 如焊接区周围气 氛 中氢 的分压 较高 时 ， 焊缝 金属 中的氢 不 易 扩散 逸 出 ， 聚 集 在 一起 形 成 气 孔 。 而 当焊缝 中碳 氧含 量超 标 时 ， 二者 反应 生成 的一氧 化碳
相应的保 护措施 。中断焊 接时 ， 操作人 员在收弧后 ， 等 焊 接表面温度降到 １０℃ 以下 、 色 变为 银 白色 为止 ， ０ 颜 停止 通氩气 。
（） ８ 焊接后尽快 真空去应力退火 。
（ 收稿 日期 ２ ０ ０ １ ０ ５ １ ０）
（） ４ 避免钨极与熔池接触 ， 定期打磨钨极 ， 尽量减 少钨极的自然脱落。
气体也 可 导 致产 生气 孔 。随 着焊 接 电流 和 焊 速 的增 加， 气孔 有增加的倾 向。
（） １ 钨极脱落 或焊 前未 清理 干净 杂 质造 成焊 接接 头夹杂 。夹 杂主要 为夹钨 ， 造成 夹钨 主要有 两个 原 因 ：
钨极在焊接 时与熔 池接触 ， 形成 短路 ， 电流 作用下 脱 在
（ ） 缝有形 成气 孔 的倾 向。气孔 是钛 合金 焊接 ４焊
钛合金 Ｔ ４属 于 ＋ 型钛铝钒合金 ， ２种 晶格 Ｃ 有 结构 ：８ ８ ２℃以下为密排 六方 晶格 结构 ， 称为 钛 ；８ ８２
℃ 以上为体心立 方晶格结构 ， 为 钛 。 材料在熔 融 称 该
状态下具有 较 高 的活 泼 性 ， 易与 氮 、 、 等杂 质 亲 极 氧 氢 和 ， 杂质污染 后 会 引起 脆化 。钛 合金 焊 接 的常 见 缺 受 陷主要有夹杂 、 焊接接头脆 化 、 焊接 接头裂 纹 和焊接接
钛材管件一管子对焊常见缺陷及防范措施
钛材管件一管子对焊常见缺陷及防范措施1 概述钛装备主要应用于石油、化工和热能电站等工业部门。
而钛管件(如弯头、三通及异径管等)与管子的连接是其重要组成部分。
根据多次调查，钛装备(由于有其特殊的使用性能。
应用日益广泛)中管件与管子连接处事故率较高，这与该处断面工况条件陡变。
受力较为恶劣有关。
2 材料焊接缺陷分析2．1 性能与特点钛在885℃时发生同素异构转变。
在885℃以下为密排六方晶格结构，称为a钛(工业纯钛为此类，本文重点研究对象)。
在885℃以上为体心立方晶格结构，称为J3钛。
钛合金的同素异构转变温度则随加入的合金元素种类和含量不同而变化。
工业纯钛根据其杂质(主要是氧和铁)含量以及由此而引起的强度差别分为TA1、TA2、TA3三个牌号。
它们具有良好的耐蚀性、塑性和韧性，但对其加工性、焊接性要求较高。
2．2 焊接缺陷及其形成机理(1)焊接气孔钛材焊接中，易于发生气孔。
(2)脆裂与过热氢是钛中最有害的元素之一，它能降低钛的塑性与韧性，导致脆裂。
若母材或焊接材料中含氢量较大，则应预先作脱氢处理。
钛在600℃以上就会急剧地和氧、氮化合，生成二氧化钛和氮化钛(硬度极大)。
当加热到800℃以上，二氧化钛即溶解于钛中并扩散深入到金属钛的内部组织中去，形成0．01～0．08 mm的中间脆性层。
温度越高，时间越长，氧化、氮化也越严重，焊接接头的塑性就会急剧降低。
此外，钛还易与碳形成脆性的碳化物，降低塑性和可焊性。
(3)焊接热温波裂纹常见金属焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹、再热裂纹与层状撕裂裂纹等，焊接热温波裂纹是近年来发现的又一种新裂纹。
即焊缝处经过反复多次加热与冷却后而形成的一种裂纹，其发展趋势最终为断裂。
它多发生在厚壁管件一管子的多层多道焊焊缝区域上(主要在熔合区附近)或焊缝修补之处。
其特征是裂纹区域材质性能发生变化(尤其是塑性、韧性降低)，晶粒松弛，晶格歪扭。
有局部硬化现象，有时裂纹旁边伴有若干更细微裂纹。
它发生的滞后性强，其隐蔽性危害性比冷裂纹更大。
钛合金结构件激光焊典型焊接的主要缺陷及其控制技术关键
钛合金结构件激光焊典型焊接的主要缺陷及其控制技术关键摘要：钛合金结构件的激光焊接是一项关键的制造工艺，在航空航天、医疗设备和其他高能领域中得到了广泛的应用，但是在钛合金结构件的激光焊接中，对于主要焊接缺陷的控制也是至关重要的，因为这些缺陷可能导致结构件的性能下降、寿命减短，甚至可能引发严重的事故，掌握焊接质量控制的关键技术，对于确保最终产品的质量和安全具有重要的作用。
本文将详细概述激光焊接中的典型焊接缺陷，讨论如何通过调整相应的影响因素来有效的控制这些缺陷，最后，将总结这些技术的重要性，强调在钛合金构件激光焊接中确保高质量和可靠性的必要性。
关键词：钛合金结构件；激光焊；控制技术钛合金结构件的激光焊接是一项复杂而关键的工艺，广泛的应用到众多高性能的领域。
尽管激光焊接具有高精密度和高效率的优势，但是在实际操作的过程当中仍然会受到各种因素的影响出现焊接缺陷，这些缺陷可能对最终的产品质量和性能产生重大的影响。
为了更好的去避免缺陷的产生，需要了解激光焊接的原理和钛合金的特性，深入研究如何通过合适的焊接参数、气氛管理、后处理工艺等关键技术来控制和减少缺陷的发生。
一、钛合金结构件激光焊接典型焊接的主要缺陷（一）气孔气孔是焊接过程中常见的焊接缺陷之一，它对焊接的影响是十分重大的，气孔的存在会降低焊接的强度和韧度，使焊缝更容易出现脆性的断裂，我于高性能应用而言具有很大的危险性[1]。
气孔还可能成为腐蚀的入口点，降低焊接部位的腐蚀性能，尤其是对于钛合金等易于氧化的材料。
气孔还会影响焊接部位的密封性，使焊接部位的密封性能下降，航空航天和医疗设备对焊接部位密封性具有很严格的要求，这样才能保证产品的质量。
气孔的存在还会导致焊接区域的热传导性能下降，影响焊接部位结构的温度分布，对于高性能应用中的零部件来说是十分不利的。
（二）温度梯度温度梯度在激光焊接过程中是一个重要的物理现象，它指的是焊接区在焊接时和冷却时的温度差异。
温度梯度可能会导致焊接部件发生热应力，特别是在焊接过程中迅速升温和冷却的情况下，这种应力可能导致结构件产生变形或开裂，不均匀的温度梯度可以引起热应力，导致焊接区域的变形和应力集中，控制温度梯度是减少热应力和变形的关键。
钛合金（TA2）焊接缺陷的预防与控制
钛合金（TA2）焊接缺陷的预防与控制赵双生;毛继全【摘要】热交换器需要用钛合金(TA2)材料来制作，这种材料具有密度低、强度高、耐腐蚀、性能优等特点。
它主要运用于航空、航天、造船、石油、化工和机械制造领域。
但是钛合金(TA2)的活泼性较强，在焊接过程中对温度、保护气体、施焊环境等方面的要求比较严格。
稍有不慎，将给焊接质量造成不利的影响，产生焊接缺陷。
笔者在参与制作、安装热交换器的施工过程中，提出了防止和控制热交换器产生焊接缺陷的措施。
在一定程度上使焊接缺陷得到有效的控制，保证了热交换器的焊接质量，对钛合金(TA2)的焊接有一定的借鉴意义。
【期刊名称】《产业与科技论坛》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】2页(P96-97)【关键词】钛合金(TA2);氩弧焊;保护气体;焊接质量【作者】赵双生;毛继全【作者单位】云南锡业职业技术学院;云南锡业职业技术学院【正文语种】中文一、项目概述云锡中心试验所在盐酸再生中试项目的建设中，需要制作、安装一套热交换器。
制作材料为钛合金(TA2)，板厚为4mm、管为DN40x4。
钛合金(TA2)材料是以钛为基体加入其他合金元素组成的合金。
这种材料由于具有密度低(约4.5g/cm3，仅为钢的 60%)，抗拉强度高(441 ～1，470MPa)，耐高温(熔点为1，668°C)，抗强酸，抗强碱，工艺性能好等优点，是较为理想的航空航天工程结构材料。
近年来，它逐步运用于航空、航天、造船、石油、化工和机械制造领域。
在之前，我们还没有焊接过钛合金(TA2)这种材料。
查阅有关钛合金(TA2)的焊接技术资料。
得知:它在高温下对氢、氧、氮等气体有极大的亲和力;吸收、溶解气体的能力较强。
在焊接过程中，如果这些气体被熔池吸收后，将会直接引起焊接接头脆化，使其冲击性能显著降低;严重时产生气孔、裂纹。
所以在施焊过程中，如何采取有效的预防和控制措施，保证热交换器的焊接质量，达到设计要求，是热交换器制作、安装的关键环节。
钛合金常见缺陷及其控制PPT课件
腐蚀通常是由于环境中的化学物质与钛合金发生反应引起的。腐蚀会导致钛合金的表面 损伤和结构完整性受损，从而降低其承载能力和耐久性。在海洋环境、化工设备和高温 高压等恶劣条件下，钛合金的腐蚀问题尤为突出。为了提高钛合金的耐腐蚀性，通常需
要进行表面处理、涂层保护或选择适当的合金成分。
Part
03
详细描述
孔洞通常是由于铸造或焊接过程中气体残留在材料中形成的。孔洞的存在会降 低钛合金的强度和塑性，特别是在受力较大的情况下，可能会引发断裂或疲劳 失效。
夹杂物
总结词
钛合金中夹杂物的存在会影响材料的性能和外观。
详细描述
夹杂物通常是由于原材料中的杂质或制造过程中的污染引起的。夹杂物会降低钛合金的纯度和均匀性，导致材料 的强度、韧性和耐腐蚀性下降。同时，夹杂物也会影响钛合金的外观和光洁度，使其难以满足高精度和高表面质 量的要求。
选用合适的加工设备和工具，如 数控机床和刀具，以提高加工精 度和效率。
在加工过程中进行质量检测和控 制，及时发现和纠正缺陷。
热处理工艺的优化
详细描述
选择合适的热处理设备和工艺参 数，如加热温度、冷却速度和保 温时间。
在热处理过程中进行控制和监测， 确保温度和应力的均匀分布。
总结词：通过优化热处理工艺， 可以改善钛合金的组织结构和性 能，减少材料内部的残余应力、 变形和裂纹等缺陷。
加工工艺的影响
热处理不当
热处理过程中，如果加热或冷却速度 过快、温度控制不准确或保温时间不 足，会导致热处理不当，形成裂纹、 变形等缺陷。
加工硬化
表面粗糙度
加工过程中，如果表面粗糙度过大或 加工后处理不当，会影响表面质量， 形成缺陷。
加工过程中，如果加工硬化程度过高 或加工工艺参数不当，会导致材料变 脆，容易产生裂纹。
钛及钛合金的失效与改善措施
钛及钛合金的失效与其预防钛及钛合金是20世纪50年代兴起的一种重要结构金属，被联合国《世界经济的未来》报告誉为继钢、铝之后21世纪的第三金属。
钛及钛合金具有许多优异的性能，比如低密度，高熔点，高比强度，耐腐蚀性能优异，高低温性能好，无磁性，声波和振动的低阻尼特性，生物相容性好，具有超导特性、形状记忆和吸氢特性等，被称为“太空金属”和“海洋金属”，在航空航天、海洋开发、化工、冶金、电力、医用材料、体育休闲业、汽车等领域有着广阔的应用。
钛及其合金在航空航天领域⑴得以广泛应用，在航空发动机上不断取代铝合金、镁合金及钢构件。
这得益于钛合金的高比强度远超过强度高而密度大的钢以及重量轻但强度较低的铝合金；并且钛合金的耐热性远高于铝合金，目前先进耐热钛合金的工作温度可达550C ~600C，同时低温钛合金则在-253C还能保持良好的塑性；另外钛及其合金优良的抗蚀性，特别是在海水和海洋大气中抗蚀性极高，这对舰载飞机、水上飞机以及沿海地区服役的飞机都十分有利。
尽管钛合金具有诸多优点，但也存在一些缺点限制了它的应用。
钛及其合金的弹性模量低，容易变形失稳，不宜作细长杆件和薄壁件；钛及其合金导热性差、摩擦系数高，容易导致粘连，不宜用作有摩擦关系的零部件；制造成本高等。
钛及其合金不仅在军事领域得到广泛应用，其在民用工业领域的应用也日益增多。
由于这些钛制构件的受力状况和工作环境各不相同，其常见的失效模式主要有：1•疲劳断裂；2•腐蚀损伤，如钛合金的氧污染、应力腐蚀断裂、氢脆等； 3.摩擦损伤，如外物磨蚀、冲刷等；4.失稳，由于刚性不够而在使用条件下失稳失效；5.蠕变失效，包括变形过大、蠕变断裂、蠕变脆化等。
1. 疲劳断裂失效疲劳断裂是零部件在交变载荷（应力或应变）反复作用下的累积损伤过程，这是钛合金零部件最主要的失效模式，如压气机颤振引起叶片的低周疲劳、振动引起转子叶片的高周疲劳等。
（1）低周疲劳断裂金属在交变载荷作用下由于塑性应变的循环作用而引起的疲劳破坏叫做低周疲劳，也称塑性疲劳或应变疲劳。
钛及钛合金的焊接性及焊接缺陷的防止
绪论焊接是现代工业生产中不可缺少的先进制造技术，被广泛应用于机械、冶金、电力、锅炉、压力容器、建筑、桥梁、船舶、汽车、电子、航空、航天、军工和军事装备等产业和部门。
随着社会和生产的飞速发展，各领域中的科学技术水平不断提高，从而推动各行各业的进步。
工业是国民经济的基础，而重工业又是工业的重中之重，交通运输业则是发展各行各业的先导，石油化学工业又是尖端科学技术的发展对金属材料提出越来越高的要求，例如航空及宇航，氦反应堆对金属材料的要求特别严格，这就是要求研制耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗断裂、耐疲劳而重量又较轻的金属材料，钛合金的强度大，密度小，又具有较好的韧性和焊接性，因而钛合金在航空等工业中得到广泛的应用。
钛是难熔金属中的轻金属，密度为 4.5克/cm3，只有铁的57%。
钛合金的强度可与高强钢相媲美，同时具有很好的耐热和耐低温性能，某些钛合金能在450℃-550℃之间和零下250℃下长期工作。
钛具有很好的耐盐类、海水和硝酸腐蚀的能力，Ti-30M合金更是能耐高浓度盐酸和硫酸的腐蚀。
钛是金属材料王国中的一颗新星，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，它仅次于铁、铝，被誉为正在崛起的“第三金属”。
它是优质轻型、耐蚀结构材料，新型的功能材料和重要的生物材料，是重要的战略金属。
由于钛兼有钢、不锈钢、铝等结构材料的许多优良特性，在空中、陆地、海洋及宇宙超低温的外层空间都有着广泛的用途，因此，它又被称作“全能的金属”。
钛及钛合金在各种工业部门中，都存在着广阔的应用前景，因为各行各业中使用的设备零件基本上都承受着腐蚀、磨损及断裂等多种损伤，要提高设备的使用寿命就必须克服造成上述损伤的一家因素。
而钛及钛合金就具有抗腐蚀、耐磨损及高强度等诸多优点。
同钢制设备相比，钛制设备具有比较高的稳定性，显著延长了使用寿命，减少了修理费用，因而取代了钢制设备，使一些性能得到补偿。
钛合金的这些优点，使钛当之无愧的被称之为“太空”金属、“海洋”金属。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
20034172M三级静子内环缺陷位臵
二.近年来钛合金典型失效案例-案例六
缺陷处的金相形貌
二.近年来钛合金典型失效案例-案例六
夹杂物处的断口形貌
二.近年来钛合金典型失效案例-案例六
分析结论：
三级静子内环中缺陷为钨夹杂，夹杂来自补焊工序，钨 夹杂应是补焊过程中意外进入熔池的钨电极碎块。
20034172M三级静子内环缺陷分析
2004年9月，某公司生产的三级静子内环毛坯在机 加工后进行X光探伤，发现有呈线形的缺陷显示，缺陷位 于铸件补焊处，三级静子内环为ZTC4铸造后经热等静压 成型，在对铸件的X光检查过程中曾发现过一处内部缺陷， 后将该处缺陷铣削清除后进行了重新补焊。
二.近年来钛合金典型失效案例-案例六
二.近年来钛合金典型失效案例-案例一
TB6钛合金旋翼主桨毂中央件断裂分析
某型飞机钛合金旋翼主桨毂中央件试验件在经历500h（低 周载荷谱50块）低周疲劳试验后，在高周疲劳试验进行至20h （11.5万次）时，在轴承U形槽圆弧过渡处发生断裂，高周疲 劳寿命远未达到疲劳试验大纲的要求，旋翼材质为TB6钛合金 锻件。
二.近年来钛合金典型失效案例-案例一
断裂处
失效钛合金旋翼主桨毂中央件外观
二.近年来钛合金典型失效案例-案例一
源区处的熔滴形貌
二.近年来钛合金典型失效案例-案例一
源区处熔滴表面形貌
二.近年来钛合金典型失效案例-案例一
分析结论：
1. 中央件断裂性质为高周疲劳断裂，裂纹萌生应力较小； 2. 钛合金表面的熔滴是导致疲劳裂纹萌生的原因； 3. 建议进一步查找钛合金熔滴的来源。
二.近年来钛合金典型失效案例-案例五
TB3钛合金螺钉断裂失效分析
M4×10和M4×14两种不同规格钛合金螺钉在使用
限力扳手进行装配预紧时，在达到规定的扭转力矩之 前，各有两螺钉发生断裂。两规格螺钉材料均为TB3钛 合金，钛丝生产工艺过程为：真空冶炼→锻造→轧制 →冷拉→真空退火除氢检验。
二.近年来钛合金典型失效案例-案例五
二.近年来钛合金典型失效案例-案例二
TC18钛合金上扭力臂表面“白斑”分析
2008年4月10日，某厂委托中国航空工业失效分析 中心对钛合金锻件低倍试样上出现的异常“白斑”区 进行分析，该上扭力臂的材料牌号为TC18钛合金。
二.近年来钛合金典型失效案例-案例二
表面存在“白斑” 的试样外观
二.近年来钛合金典型失效案例-案例二
二.近年来钛合金典型失效案例-案例四
TC4钛合金螺钉断裂失效分析
某构件装配时，需装4个螺钉，在安装最后一个螺 钉时，该螺钉发生了断裂，该螺钉的材料为TC4钛合 金。失效分析结果表明，螺钉的断裂的主要原因是螺 钉内含有异常的富Zn夹杂。
二.近年来钛合金典型失效案例-案例四
螺钉断口上异常的富Zn夹杂
断口表面上的缺陷形貌
二.近年来钛合金典型失效案例-案例五
缺陷处金相形貌
二.近年来钛合金典型失效案例-案例五
分析结论：
1. 螺钉的断裂性质相同，均为脆性断裂； 2. 内部存在缺陷是螺钉断裂的主要原因； 3. 螺钉的内部缺陷是在热加工工艺（熔炼、锻造等） 过程中形成的。
二.近年来钛合金典型失效案例-案例六
表面“白斑”的宏观形
貌
二.近年来钛合金典型失效案例-案例二
基体处正常金相组织
“白斑”处金相组织
二.近年来钛合金典型失效案例-案例二
分析结论：
1. 低倍试样 “白斑”区性质相同，均为轻微烧伤所致；
2. “白斑”区和正常基体部位微区化学成分无明显差异， 未见金属或非金属夹杂缺陷； 3. 造成其表面出现轻微烧伤与前期低倍试样加工过程中 的磨削有关。
二.近年来钛合金典型失效案例-案例三
管材内表面上花斑及裂纹形貌
二.近年来钛合金典型失效案例-案例三
内表面一侧
从内表面起源的裂纹金相形貌
二.近年来钛合金典Βιβλιοθήκη 失效案例-案例三分析结论：
1. TA15钛合金管材轴向裂纹是从内表面的花斑处线状
起源，向外表面扩展，为晶间开裂特征； 2. 内表面局部短时超温形成的花斑和表层残余拉应力 的共同作用导致了管材表面裂纹的产生； 3. 花斑的形成可能与管材表面的污染有一定的关系。
二.近年来钛合金典型失效案例-案例三
TA15钛合金管材开裂失效分析
某批次 TA15 钛合金管材经热校形加工后入库，在放
臵一段时间后检查发现该批次多件管材表面上存在轴向 裂纹。基本加工工艺过程为：板材→卷筒→焊接 →620℃去应力退火→冷胀形→热校形→车边。
二.近年来钛合金典型失效案例-案例三
开裂的TA15钛合金管材外观