鈦及鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、高低溫性能優(yōu)異、耐蝕性好等特點(diǎn)，在航空、航天、化工、冶金及艦船等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。目前焊接用鈦及鈦合金絲材(以下簡(jiǎn)稱鈦焊絲)用量大約僅占鈦加工材用量的2%，其質(zhì)量直接關(guān)系到鈦制焊接設(shè)備的制造狀況，甚至關(guān)系到設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定程度和壽命。低質(zhì)量的鈦焊絲將會(huì)降低整個(gè)鈦制焊接設(shè)備的塑性儲(chǔ)備，影響鈦制焊接設(shè)備的質(zhì)量水平。為保證鈦制設(shè)備焊接質(zhì)量，鈦焊絲的選用尤為重要。
1、鈦焊絲發(fā)展歷史
鈦焊絲從應(yīng)用初期至今經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段。
1.1應(yīng)用初期
我國(guó)鈦研究始于1954年，自20世紀(jì)60年代我國(guó)開始制造鈦制焊接容器以來，一直遵循著焊絲成分與母材相同的原則。
1970年制訂的第1批鈦材標(biāo)準(zhǔn)YB764-1970《鈦及鈦合金焊絲》中規(guī)定焊絲化學(xué)成分與YB761-1970《鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》相同，實(shí)際上YB764—1970成了普通的結(jié)構(gòu)絲材;1983年鈦材標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一修訂為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，取消了鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)，制訂了GB3623-1983《鈦及鈦合金絲》標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)范圍中明確“本標(biāo)準(zhǔn)適用于耐蝕零件、電極材料和焊接材料等用途的鈦及鈦合金圓形絲材”，同時(shí)規(guī)定“絲材的化學(xué)成分符合GB3620-1983《鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》的規(guī)定”，即化學(xué)成分完全和其他變形鈦及鈦合金材料相同，將普通結(jié)構(gòu)絲材用作焊絲;直到1999年以前，我國(guó)沒有雜質(zhì)成分低于普通鈦材的國(guó)家或行業(yè)鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)。此階段我國(guó)沒有真正的鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品，用結(jié)構(gòu)件絲充當(dāng)焊絲，使我國(guó)鈦焊絲處于世界較低水平。低質(zhì)量的鈦焊絲降低了整個(gè)鈦焊制設(shè)備的塑性儲(chǔ)備，大大拉低了我國(guó)鈦制設(shè)備的質(zhì)量水平。許多鈦設(shè)備生產(chǎn)商從母材鈦板上裁條作為鈦焊絲使用，使得我國(guó)鈦焊制部件的焊縫塑性和韌性比母材低得多，致使鈦焊縫開裂成了鈦設(shè)備的主要失效形式，鈦焊接接頭的彎曲試驗(yàn)無(wú)法達(dá)標(biāo)的情況也時(shí)有發(fā)生。
1.2發(fā)展階段
1999年2月1日開始實(shí)施的GB/T 3623-1998《鈦及鈦合金絲》代替了GB3623—1983，標(biāo)準(zhǔn)中將鈦絲分成了結(jié)構(gòu)件絲和焊絲兩類，結(jié)構(gòu)件絲的化學(xué)成分按GBT3620.1—1994《鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》執(zhí)行，焊絲則制訂了相對(duì)獨(dú)立的化學(xué)成分，包括了TA0，TA0ELI，TA1，TA1ELI，TA2，TA2ELI，TA3，TA3ELI，TA4，TA7、TA9，TA10，TC3，TC4共14個(gè)牌號(hào)，其雜質(zhì)成分比GB/T 3620.1-1994稍低。隨后JB/T 4745—2002《鈦制焊接容器》中也規(guī)定了STA0Ｒ，STA1Ｒ，STA2Ｒ，STA3Ｒ，STA9Ｒ，STA10Ｒ共6個(gè)牌號(hào)的焊絲規(guī)定。
至此，我國(guó)初步建立了專用的鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)體系，但鈦焊絲雜質(zhì)成分仍然比美、日等國(guó)鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)中的雜質(zhì)成分高，同時(shí)牌號(hào)有限。
1.3提高階段
進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)鈦工業(yè)逐步與國(guó)際接軌，生產(chǎn)的鈦加工材在化學(xué)成分、力學(xué)性能以及其他特征指標(biāo)上基本達(dá)到了國(guó)外鈦加工材的先進(jìn)水平。
隨著2007年11月1日開始實(shí)施的GB/T 3623-2007《鈦及鈦合金絲》，調(diào)整了純鈦焊絲的化學(xué)成分，鈦焊絲要求也與AWS5.16中的基本保持一致;GJB9581-2018《鈦及鈦合金絲》的發(fā)布實(shí)施，標(biāo)志我國(guó)在軍民2個(gè)領(lǐng)域均已基本建立了適合中國(guó)的鈦及鈦合金焊絲標(biāo)準(zhǔn)體系，典型鈦焊絲材料化學(xué)成分對(duì)比見表1。同時(shí)伴隨GB/T 3623及JB/T 4745的修訂換版，鈦焊絲體系還將得到進(jìn)一步提高和完善。
表1 Ti-6Al-4V母材與焊絲化學(xué)成分對(duì)比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(%)
2、鈦及鈦合金焊絲標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀
我國(guó)鈦及鈦合金焊絲生產(chǎn)主要采用中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)，涉及主要標(biāo)準(zhǔn)及牌號(hào)見表2。
美國(guó)鈦及鈦合金體系的建立，主要面向航空、航天工業(yè)。美國(guó)AWS焊絲材料標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)美國(guó)涉及的鈦及鈦合金牌號(hào)均建立了對(duì)應(yīng)牌號(hào)的焊絲，且標(biāo)準(zhǔn)的更新速度較快。在現(xiàn)行版本中，對(duì)焊絲的代碼規(guī)定與ISO保持了統(tǒng)一，便于推廣使用。俄羅斯繼承了前蘇聯(lián)建立的鈦及鈦合金體系，主要服務(wù)于航空、航天、艦船和核工業(yè)，建立的焊絲標(biāo)準(zhǔn)，由于設(shè)計(jì)理念的差別，與美國(guó)及ISO鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)體系有所不同，主要用于前蘇聯(lián)地區(qū)及引進(jìn)俄羅斯鈦及鈦合金體系的國(guó)家。日本鈦及鈦合金體系主要服務(wù)民用市場(chǎng)，如化工、建材等領(lǐng)域，體系獨(dú)特性明顯，以耐蝕性材料為主，多為純鈦和低合金化鈦合金。建立的鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)體系與鈦及鈦合金加工體系相配套，同時(shí)焊絲牌號(hào)與編碼體系與ISO保持一致。我國(guó)的鈦工業(yè)進(jìn)程起步較晚，但通過仿制國(guó)外材料和自主研制的方式建立了完善的鈦及鈦合金體系，目前鈦及鈦合金牌號(hào)有100余個(gè)。鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)主要通過采用美國(guó)AWS，俄羅斯OCT190015等標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)加入了與自主研發(fā)鈦合金牌號(hào)相適應(yīng)的焊絲要求;我國(guó)生產(chǎn)的國(guó)際通用牌號(hào)鈦焊絲的性能指標(biāo)雖與國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)差距，但缺少完善的質(zhì)量保證體系及配套焊接工藝。
表2典型鈦及鈦合金焊絲現(xiàn)行材料標(biāo)準(zhǔn)
3、存在問題
隨著社會(huì)的進(jìn)步，鈦設(shè)備使用壽命長(zhǎng)、利于維修，有助于環(huán)境保護(hù)和降低原材料及能源消耗的優(yōu)點(diǎn)逐步被認(rèn)可，用鈦量急劇攀升，我國(guó)很多鈦加工企業(yè)已將鈦焊絲作為產(chǎn)品開發(fā)的重點(diǎn)，但還存在很多問題。
(1)焊絲牌號(hào)命名規(guī)則不統(tǒng)一，各標(biāo)準(zhǔn)制訂機(jī)構(gòu)制訂的焊絲標(biāo)準(zhǔn)均有不同的命名規(guī)則，不利于鈦制焊接設(shè)備的選材，有礙于鈦焊絲的生產(chǎn)組織及貿(mào)易，給鈦材和鈦焊絲的應(yīng)用推廣造成不便。
(2)我國(guó)焊絲標(biāo)準(zhǔn)以等同翻譯或修改采用ISO等國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)制訂時(shí)，與國(guó)內(nèi)鈦及鈦合金體系不配套，同時(shí)并無(wú)制訂與之相配套的生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制檢驗(yàn)體系及相關(guān)法規(guī)，無(wú)法得到國(guó)內(nèi)市場(chǎng)普遍認(rèn)可。
(3)設(shè)備制造廠家對(duì)鈦焊絲重視程度不足，對(duì)鈦焊絲材料、性能等基本知識(shí)缺乏科學(xué)認(rèn)識(shí)，不能正確選用焊絲，盲目認(rèn)為符合標(biāo)準(zhǔn)的就行，不了解焊絲生產(chǎn)廠家是否有相應(yīng)生產(chǎn)資質(zhì)，材料追溯性不強(qiáng)，導(dǎo)致出現(xiàn)由于焊絲原因而造成設(shè)備過早失效的事故時(shí)有發(fā)生。
(4)對(duì)鈦及鈦合金焊絲的研究力度不夠。對(duì)于鈦及鈦合金焊絲的纏繞工藝、表面處理工藝、自動(dòng)焊工藝等都與世界先進(jìn)水平有很大差距。
4、展望
鈦焊絲作為影響焊接工藝質(zhì)量的重要材料，已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注。隨著我國(guó)鈦設(shè)備使用范圍的逐步擴(kuò)大，鈦焊絲的使用量也會(huì)逐年增加，因此急需在以下幾方面取得進(jìn)展。
(1)完善現(xiàn)有鈦焊絲體系及焊接工藝，提高焊接質(zhì)量，促進(jìn)鈦制焊接結(jié)構(gòu)件在航空、航天等高端領(lǐng)域的應(yīng)用。
(2)為適應(yīng)自動(dòng)化焊接設(shè)備的需要，急需開發(fā)大單重、高尺寸精度的優(yōu)質(zhì)鈦焊絲。
(3)提高我國(guó)鈦焊絲的質(zhì)量水平，焊絲的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要與國(guó)際接軌，并加強(qiáng)焊絲的標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)新工作。
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