关键词：转向架、钛合金、氩弧焊、焊接缺陷
一，钛合金的特点：钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，钛合金耐腐蚀性好于不锈钢，钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
二，焊接特性：在常温下，钛与氧反应生成致密的氧化膜，从而使其具有高的化学稳定性与耐腐蚀性。在施焊过程中，焊接温度高达5000～10000℃，钛及其合金与氧、氢和氮发生快速反应。据试验，钛合金在施焊过程中，温度在300℃以上时能快速吸氢，450℃以上时能快速吸氧，600℃以上时能快速吸氮。而当熔池中侵入这些有害气体后，焊接接头的塑性和韧性都会发生明显的变化，特别是在882℃以上，接头晶粒严重粗大化，冷却时形成马氏体组织，使接头强度、硬度、塑性和韧性下降，过热倾向严重，接头严重脆化。因此，在进行钛合金焊接时，对熔池、熔滴及高温区，不管是正面还是反面都应进行全面可靠的气体保护。这是保证钛及其合金焊接质量的关键。 延迟裂纹的产生 在焊后一段时间内，钛及其合金的近缝区很容易产生裂纹，这是由氢从高温熔池向低温热影响区的扩散引起的。随着氢含量的增加，析出的钛氢化合物增加，热影响区脆性增大，再加上析出的氢化物体积膨胀时产生的组织应力，导致裂纹的产生。
三，焊接工艺
1，焊缝表面清理，机械清理对焊按质量要求不高或酸洗有困难的焊件，可用细砂纸或不锈钢丝刷擦拭，但最好是用硬质合金黄色刮削钛板，去除氧化膜。
2，焊接设备的选择 钛及钛合金钨极氩弧焊应选用具有下降外特性、高频引弧的直流氩弧焊电源，且延迟递气时间不少于15秒，避免焊遭受到氧化、污染。为提高焊接效率，对表面大焊缝可采用半自动氩弧焊，主要代替手工送丝。
3，焊接材料的选择 ，氩气纯度应不低于99.99%，当氩气瓶中的压力降至0.981MPa时，应停止使用，以防止影响焊接接头质量。原则上应选择与基本金属成分相同的钛丝，有时为了握高焊缝金属塑性，也可选用强度比基本金属稍低的焊丝。
4，气体保护及焊接温度，为了防止焊接接头在高温下被有害气体及元素污染，必须对焊区及焊缝进行必要的焊接保护与温度控制，其温度应在250℃以下。保护与温度控制的主要方法：一是对表面焊缝加保护气体拖罩；二是将被焊接头充满保护气体。保护气采用氩气，其纯度应≥99.99%。
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5，钛合金焊丝的选择，填充焊丝的牌号应根据母材来选择，一般采用与母材同质的原则，有时为了提高接头的塑性，也可以选择比母材合金化程度稍低的焊丝。焊丝直径应根据母材厚度来选择，钨极，最好选用铈钨极，其直径根据钛合金管壁厚选择，一般在1.0～3.0mm。
6，坡口形式的选择 原则尽量减少焊接层数和焊接金属。随着焊接层数的增多，缺陷增加，以至影响焊接接头性能，又由于钛及钛合金焊接时焊接熔池尺寸较大，因此试件开单V型70~80°坡口。
7，试件组对及定位焊 为了减少焊接变形，焊前进行定位焊，一般定位焊间距为100~150mm，长度为20~30 mm。定位焊所用的焊丝、焊接工艺参数及气体保护条件应与焊接接头焊接时相同。间隙1~3mm，钝边0~1.0mm。
8，焊接规范，按板厚及钨极直径来选择，一般焊接厚板焊接电流在100--150A.
9，对于转向架部分空间狭小的箱体焊接，由于半自动焊枪头过大无法进行焊接，而且手工焊时焊枪进入箱体焊缝处，但是另一只手无法完成向焊缝熔池内送丝，可采取先将焊丝预先放在焊道内的预埋焊丝法进行焊接。
四，焊缝和热影响区表面颜色：焊缝区银白、淡黄色为好焊缝；深黄色或金紫色一般焊缝；深兰色或灰色为不好焊缝。
操作要领与普通碳钢焊接基本一致,往熔池内送丝时，由于钛合金比重轻，送丝时发飘，不稳定，给焊缝根部焊接带来困难。
五，焊接变形控制及调修：由于钛合金转向架尺寸过大，板材过厚，焊接量及热输入大，极易造成焊接应力及焊接变形，一般焊接转向架时采用刚性固定法及对称焊接、分段焊接，来减少焊接变形量，对焊后变形的部位采用冷调很难调修，基本采用热调方法，热调时要控制温度及氩气保护，由于转向架体积过大，需要真空隔离间进行氩气保护。
六，钛合金转向架优点：1，重量轻，采用钛合金代替碳钢应用在轨道客车转向架上，由于钛合金的强度远远高于碳钢，因此板材厚度可减少原来碳钢板材厚度的1/3，钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，转向架重量完全可以减少原来碳钢转向架重量的一半，这样在运行当中会节省能量的损耗,2，耐腐蚀，钛是具有强烈钝化倾向的金属，在空气中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一层稳定的氧化性保护膜，即使因为某些原因膜遭破坏，也能迅速自动恢复。因此钛在氧化性、中性介质中具有优异的耐腐蚀性。由于钛的巨大钝化性能，在许多情况下与异种金属接触时，并不加快腐蚀，而可能加快异种金属的腐蚀。如在低浓度非氧化性的酸中，若将Pb、Sn、Cu或蒙乃尔合金与钛接触形成电偶时，这些材料腐蚀加快，而钛不受影响。3，低温性能好，钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。
钛合金的热处理：（1）消除应力退火：目的是为消除或减少加工过程中产生的残余应力。防止在一些腐蚀环境中的化学侵蚀和减少变形。（2）完全退火：目的是为了获得好的韧性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。（3）固溶处理和时效：目的是为了提高其强度，α钛合金和稳定的β钛合金不能进行强化热处理，在生产中只进行退火。α+β钛合金和含有少量α相的亚稳β钛合金可以通过固溶处理和时效使合金进一步强化。
论文作者:李万君
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第20期
论文发表时间:2020/4/28
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