1. 鈦及鈦合金鈦管焊縫顏色變化及其缺陷產生機理

鈦及鈦合金鈦管焊縫缺陷及產生機理如下，進行鈦管焊接時，因氬弧焊槍形成的氬氣氣體維護層只能維護好焊接熔池不受空氣的有害作用，而對已凝固而處于高溫狀態附近的焊縫及其附近區域則無保護作用，而處于這種狀態的鈦管焊縫及其附近的區域仍有很強的吸收空氣中的氮及氧的能力。從400℃開始吸收氧，從600℃開始吸收氮，而空氣中含有大量氮和氧。隨氧化水平逐步加重，鈦管焊縫顏色發生變化及焊縫塑性下降的規律。銀白色（無氧化）金黃色（TiO,大約在250℃左右鈦開始吸收氫。輕微氧化）藍色（Ti2O3氧化稍為嚴重）灰色（TiO2氧化嚴重）。

2. 通過鈦焊縫表面的顏色可以對鈦焊接的質量進行判別

1) 隨著焊縫顏色的加深，即焊縫氧化程度的增加，焊縫的硬度隨之增加，通過同行實驗的測試，鈦金屬的硬度增加，焊縫中諸如氧、氮等有害物質增加，并大大降低焊接的質量。

2) 鈦的焊接性和它的化學和物理的屬性具有十分重要的關系，但是關鍵在于，在高溫的情況下，鈦的高活性容易受到空氣污染，在加熱的時候，其晶粒出現脹大，當焊接的接頭冷卻時，就會使其形成脆性相。鈦的熔點很高，可以達到1668±10℃，比焊接鋼時需要的能量還多，同時，鈦的化學性比較的活潑，與O和H作用比鋼容易得多，在600℃以上就急劇化合。100℃就大量吸收H和O，溶H能力比鋼大幾萬倍，進而生成氫化鈦，使韌性急劇下降。氣體雜質增大了冷裂紋和延遲裂紋的傾向，增大缺口敏感性。因此焊接用氬氣純度應不低于99.99%，濕度應不高于0.039%，焊絲的含氫量應在0.002%以下。鈦的傳熱系數是鋼的1/2，在882℃發生α至β的轉變，溫度再高，β晶粒則急劇跳躍式長大，性能明顯惡化，所以要嚴格控制溫度，特別要控制焊接熱循環中的高溫停留時間。焊接鈦時沒有熱裂紋及晶間裂紋問題，但存在氣孔問題，尤其是焊α+β合金。

3. 鈦焊接注意事項

鈦金屬在焊接時要注意以下問題：

1) 鈦焊接過程中要對于焊接區域及焊后高溫區域進行嚴格的保護，以避免空

氣的進入焊接及高溫區域對焊縫質量造成嚴重影響，故如99.99%的純氬及后拖保護罩是必須的。下圖為鈦材焊接拖罩示意圖。

2）焊縫坡口要求采用機械加工（不得才有打磨的方法加工）。

3）點焊應當避免，并采用高頻起弧。

4）避免焊后熱處理；如果必須進行焊后熱處理時，熱處理溫度應小于650℃。

1. 鋯材焊前清理

對于鋯材的切割和坡口加工，可以采用機械方法，也可以采用氧-乙炔焰、等離子弧等熱切割方法，但熱切割會產生強烈的火煙，切口周邊材料被嚴重污染，必須打磨清除，造成浪費，因此在切割工件時，盡可能采用機械方法，如鋸、車、銑、鉆、刨等加工方法，配合水冷卻液降溫，避免溫升造成材料損失。坡口周邊25mm內外表面較厚的氧化膜，可使用銼刀、電磨、砂輪機進行清理。坡口表面應光潔，無毛刺、凹坑、殘存沙粒等缺陷，最后還應使用不銹鋼絲刷仔細清理。加工使用的工具應為專用，保持清潔。加工產生的屑，沫堆積在空氣中會產生自燃，應存放在盛水的容器中。另外在加工完成的坡口周邊75mm范圍內外表面，還應使用合適的溶劑（丙酮、酒精）擦洗，除去油脂、水分、灰塵，擦洗應采用干凈的海綿或白綢布，不得使用毛巾，棉紗。不允許戴橡膠手套。清洗過程中應反復擦拭焊件直到海綿上無污色為止。清洗好的焊件應立即焊接，焊件置放時間不得超過8小時，否則應再次清理。

2. 填充焊絲使用前應用溶劑清除表面上的油脂，殘留潤滑劑和灰塵等污物，清理好的焊絲應放在干燥和干凈的場所保存。下圖為鋯材管道焊接內部保護工裝示意圖。

為防止受空氣污染，焊接時必須采用有效的氣體保護措施，直至金屬溫度小于300℃為止。保護裝置結構和尺寸應根據接頭形式和尺寸確定，用導熱性能較好的材料制成，形狀宜與焊件邊緣相似，能夠貼近焊件表面。

引弧前，噴嘴及正反面保護裝置應提前供氣，并足以排除氣路及保護裝置內空氣和吸附的潮氣。背面提前通氣量推薦為10倍所需排去的空氣體積。熄弧后，噴嘴及正反保護裝置應繼續通氣，直到焊區金屬冷卻到300℃以下為止。

焊接鋯材時,檢驗員應檢查每層焊道表面顏色。焊道表面應是銀白色，完工的焊縫內外表面允許有淡黃色或金黃色存在，但必須用不銹鋼絲刷去除掉。如果出現更深的表面變色，則認為所采取的保護措施或工藝不當，應采用合適的方法除去受污染的焊肉和臨近的母材金屬，并進行必要的修復。

三.不銹鋼的焊縫顏色和判定標準

不銹鋼焊接的顏色判定標準主要是通過觀察焊縫的顏色來判斷焊接質量的好壞。通常情況下，不銹鋼焊接的顏色應該是銀白色或金黃色，如果出現其他顏色，則可能表示焊接質量存在問題。

具體的顏色判定標準如下：

1. 銀白色：這是不銹鋼焊接最理想的顏色，表明焊接質量良好，焊縫均勻、光滑，無氣孔、夾渣等缺陷。

2. 金黃色：這也是比較理想的顏色，表明焊接質量較好，但可能存在一些小的氣孔或夾渣。

3. 藍色：如果焊縫呈現藍色，表明焊接溫度過高，可能會導致焊縫晶粒粗大，降低焊接接頭的力學性能。

4. 灰色：如果焊縫呈現灰色，表明焊接溫度過低，可能會導致焊縫未熔合或未焊透等缺陷。

5. 黑色：如果焊縫呈現黑色，表明焊接過程中存在嚴重的問題，如氧化、過熱等，需要重新焊接。

需要注意的是，顏色判定標準只是一種初步的判斷方法，不能代替實際的焊接質量檢測。在進行不銹鋼焊接時，還需要進行焊縫的外觀檢查、無損檢測等，以確保焊接質量符合要求。

不銹鋼焊縫顏色的好壞和焊接工藝參數，以及焊接師傅的技術水平是分不開的，其主要問題有：

1.焊前坡口的清潔度；2.保護氣體的純度及流量  ；3.焊接電流的大小；4.焊材的質量；5.焊縫的道數和層數；6.焊接速度；7.層間溫度的控制；8.熱輸入量的控制。

四.鎳基合金的焊接氧化與控制

鎳合金系統有Ni   Ni-Cu，Ni-Cr-Mo，Ni-Cr-Fe，Ni-Mo；合金名稱為Nickel，Monel，Inconel，HastelloyB、B2，C276、C4。

鐵鎳合金合金系統有：Fe-Ni-Cr，Ni-Cr-Fe-Mo，Ni-Fe-Cr，合金名稱為Incoloy，Carpenter，HastelloyG、G2，HastelloyX。

1.焊件清理

焊件表面的清潔性是成功地焊接鎳基耐蝕合金的一個重要要求。焊件表面的污染物質主要是表面氧化皮和引起脆化的元素。鎳基耐蝕合金表面氧化皮的熔點比母材高得多,常常可能形成夾渣或細小的不連續氧化物。S、P、Pb、Sn、Zn、Bi、Sb和As等凡是能和Ni形成低熔點共晶的元素都是有害元素。這些有害元素增加鎳基耐蝕合金的熱裂紋傾向。在焊接預熱或焊接前,必須完全清除這些雜質。

清理的方法取決于被清理物質的種類。車間污物、油脂可用蒸汽脫脂或用丙酮及其他溶液去除。對不溶于脫脂劑的漆和其他雜物，可用氯甲烷、堿等清洗劑或特殊專用合成劑清洗。標記墨水一般用甲醇清洗。被壓入焊件表面的雜質，可用磨削、噴丸或鹽酸溶液(10%體積比)清洗并用清水洗凈。

組對前應打磨坡口及兩側各20mm范圍內油污、鐵銹等，直至露出金屬光澤，且焊前相應打磨范圍的表面應用有機溶劑清洗；待溶劑揮發后在坡口兩側100mm范圍內還應涂上防飛濺涂料。

2.焊接要點

鎳及鎳基合金時，形成氣孔的敏感性較強。焊接表面的潮氣、油垢、氧化物等，如清理不凈，鎳及合金焊接時，熔池的流動性較差，有時可產生較大的氣孔大。這些氣孔多位于熔合線附近。只要對焊件進行清理，選 定合適的焊接材料，采用合理的焊接規范，一般是防止氣孔的產生。

采用氬弧焊焊接時，管子內部應進行充氬保護，氬氣純度不低于99.99%，打底時，熔池前沿保持直徑為2mm～3mm的小孔，焊絲以滴狀過渡至熔池；

手工電弧焊填充及蓋面時，在坡口兩側各不小于100mm范圍內的母材上涂以白堊粉，以防焊接飛濺損傷母材。

層間溫度應嚴格控制，生產實踐中大都控制在100℃以下，以減少過熱。

3.焊接氧化控制

常溫下，鎳基合金材料是比較穩定的，隨著溫度升高，它的性能開始變化，其吸收氮、氫、氧的能力隨之上升。鎳基合金材料在500℃高溫空氣中出現輕度氧化，當溫度達到750℃時，則劇烈氧化。隨著焊縫含氧量上升，焊縫的抗拉強度和硬度明顯上升，而塑性明顯下降，焊縫因氧的污染而變脆。同時由于鎳的氧化物的熔點比鎳本身的熔點高出了近45％，即當鎳熔熔化（熔點1446℃）的時候，氧化鎳（熔點2090℃）還遠遠沒有達到其熔點。所以，在表面上沒有完全清除的氧化鎳，摻雜在熔池中就會形成夾渣。為防止焊接區域表面的氧化物和避免脆化元素溶入其中，焊接區域表面的清潔工作必須清理徹底。

氮在高溫液態金屬的溶解度隨氧的分壓增加而增大，氮對焊縫強度、硬度、塑性的影響比氧更為顯著，就是說氮的污染脆化作用比氧更為嚴重，氮對焊縫的影響主要是對沖擊韌度降低。

由于難以避免氣體雜質污染所引起的焊接接頭脆化，在進行鎳基合金材料焊接時對其工藝提出了特殊的要求。采用鎢極氬弧打底焊和手工電弧焊蓋面是比較合理的焊接方法，但必須注意，通常的焊槍結構和工藝是不足以保證焊接接頭質量的。因為一般焊槍結構所形成的氣體保護層只能保護焊接熔池不受空氣污染，對已凝固而處在高溫狀態的焊縫及其熱影響區則無保護作用。處于這種狀態的鎳還有很強的吸收空氣中氮和氧的能力，勢必引起焊縫變脆，而使塑性嚴重下降。焊縫背面若不采取有效保護，也將產生類似結果，處于高溫熔化的熔池和熔滴金屬更易被氣體雜質污染。因此，必須采取一系列的保護措施，來提鎳基合金材料的焊接質量。

在進行手工鎢極氬弧焊焊接時，滯后停氣時間應稍長。在重新起弧前剪去焊絲末端，以免將殘留在末端上的氧化物帶入熔池。采用較大的氣罩（如噴嘴直徑選大一個的型號φ12）以便把熔池最 大限度地屏蔽在保護氣流之中，焊接過程中或者焊接結束后，始終把焊絲的熱端留在熔池中。

五.鋁合金的焊接氧化與控制

1. 鋁及鋁合金的焊接性分析

鋁及其合金化學活潑性很強，表面易形成氧化膜，且多具有難熔性質（如Al2O3的熔點約為2050℃，MgO的熔點約為2500℃），加之鋁及其合金導熱性強，焊接時容易造成不熔合現象。由于氧化膜密度同鋁的密度極其接近，所以也容易成為焊縫金屬的夾雜物。同時，氧化膜（特別是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可以吸收較多的水分而常常成為形成焊縫氣孔的重要原因之一。此外，鋁及其合金的線脹系數大（約為鋼的2倍），導熱性又強（比鋼約大一倍多），焊接時容易產生翹曲變形。

鋁及其合金熔焊時最常見的缺陷是焊縫氣孔，尤其是純鋁和防銹鋁的焊接。氫是鋁及其合金熔焊時產生氣孔的主要原因，氫的來源，主要是弧柱氣氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分。其中，焊絲及母材表面氧化膜的吸附水分，對焊縫氣孔的產生，常占有突出地位。

弧柱氣氛中水分的影響弧柱空間總是或多或少存在一定量的水分，尤其是在潮濕季節或濕度大的地區進行焊接時。由弧柱氣氛中水分分解而來的氫，熔入過熱的熔融金屬中，可成為焊縫氣孔的主要原因。此時所形成的氣孔，具有白亮內壁的特征。

母材表面氧化膜也會在近縫區引起“氣孔”，主要發現于Al-Mg合金氣焊的條件下，實際上在用氣焊火焰沿板表面加熱一道后，也能看到這種現象。這種“氣孔”往往以表面密集的小顆粒狀的“鼓泡”形式呈現出來，也可認為是“皮下氣孔”。

2. 鋁合金防止焊縫氣孔的途徑

為了防止焊縫氣孔，可從兩方面著手：第一，限制氫溶入熔融金屬，或者是減少氫的來源，或者減少氫同熔融金屬作用的時間；第二，盡量促使氫自熔池逸出，即在熔池凝固之前使氫以氣泡形式及時排除，這就要改善冷卻條件以增加氫的逸出時間。顯然，熔池存在時間對氫的熔入和逸出的影響是有矛盾的。在這種情況下，盡量限制氫的來源有著現實的意義。在鋁及鋁合金焊縫中形成氣孔的氣體主要是氫，氫的主要來源于Al2O3膜的吸附水和弧柱中的水蒸氣，防治措施如下：

1）限制焊材含水量，采用干燥處理，氬氣含水量要求小于0.08%，雜質含量小于0.05%；焊前清除母材及漢斯表面的氧化膜，清除后的母材和焊絲最好在2~3h內焊接，最多不超過24h，焊絲清除后最好放在150~200℃烘箱中，隨取隨用。

2）加強正、背面保護，配合坡口刮削，清除根部氧化膜，可以有效地防止氣孔。

3）TIG焊選用大的焊接電流配合較高的焊接速度。

4）MIG焊選用大的焊接電流，慢的焊接速度，以提高熔池的存在時間。

5）在氬氣中加入少量的CO2和O2等氧化性氣體，使氫發生氧化而降低氫的分壓等。

六.焊縫顏色與控制小結