工业纯钛管的焊接

本文以钛的化学成分、物理性能、供货状态、焊接性为基础，参照国家标准，进行钛管的焊接工艺评定，并编制出适合现场施工的焊接工艺规程。在现场施焊过程中，须严格执行工艺，尤其要注意焊前坡口部位的清理及惰性气体保护。

海洋工程工业纯钛管材焊接工艺及施工控制

由于工业纯钛具有较好的综合性能和优异的耐蚀性能,使其在海洋工程等领域得到越来越多的应用。文中基于实际海洋工程项目,对工业纯钛管材施工过程中成功应用的钨极氩弧焊焊接工艺进行了介绍,并对相关施工注意事项进行了总结。

双弧焊在大口径工业纯钛管道焊接中的应用

1工业纯钛特性 工业纯钛是有色金属，呈银白色，比重小，突出特点是熔点高（熔点1668℃）、导电性差、线膨胀系数小、密度比铁低、比强度大、电阻率大，十分坚韧和耐腐蚀。焊接熔池具有积累的热量多、尺寸大、高温停留时间长和冷却速度慢等特点。这种情况容易使焊接接头产生过热组织，晶粒变得粗大，脆性严重。故焊接时应对熔池温度超过400℃的焊缝和热影响区（包括熔池背面）都要加以妥善保护。

工业纯钛管子管板的焊接

本文通过对工业纯钛焊接性的分析,叙述了工业纯钛管子管板焊接试验及评定,介绍了保证焊接质量的工艺措施,成功焊制了产品。

工业纯钛管道焊接裂纹的预防及处理措施

为了降低焊接裂纹的发生几率,减少返修次数,从理化性能着手,结合实践经验,分析了工业纯钛管道焊接裂纹产生的原因,确定了预防和处理焊接裂纹的措施。在工程实例中,从焊接坡口打磨、坡口清洗、焊接环境、焊口保护和焊接工艺参数5个环节着手,严格控制施工工艺,成功地减少了焊接裂纹的产生,取得了很好的焊接效果。

工业纯钛管道焊接工艺研究与实施

燕山石化PIA装置扩能改造新增工业纯钛管道,标准为ASTM B861和B862,级别为Gr2。本文针对工业纯钛的特性,进行了焊接性分析,同时对杂质元素的影响及控制进行了解析。焊接工艺评定采用钨极气体保护焊的焊接方法,验证了拟定的焊接工艺参数,焊接时选用纯度在99.99%以上的氩气对熔池及周边、焊缝尾部和焊缝背部进行了惰性气体保护,同时,对焊件和焊材进行表面去除杂质和油污的特殊处理。评定合格后对工业纯钛产品管道进行了组对焊接。实践证明,采用这种焊接工艺和杂质元素的控制方法,能够获得优良的焊接接头,保证了工业纯钛管道的应用。

基于小冲孔试验的工业纯钛塑性强化与损伤效应研究

为了探究塑性变形对TA2的塑性强化与损伤效应,开展了不同塑性变形量下TA2的小冲孔试验。结果表明,在15%塑性变形量以内,小冲孔试验强度参量表明塑性变形对TA2起到了强化效应,屈服强度和抗拉强度均提高,强化率分别为12.8%和10.9%,屈强比基本保持不变;当塑性变形量达到15%,屈服强度增幅减小,而抗拉强度有所下降,致使屈强比不断增大直到趋近于1。因此在小的塑性变形范围内,有利于TA2的塑性应变强化,但当塑性变形量超过15%后,塑性变形产生的强化效应不再显著,而塑性损伤趋于明显,导致材料的韧性下降。最后,基于微观组织分析可以发现,在15%塑性变形量以内,强化的原因是孪晶组织作用;塑性变形量超过15%时,塑性损伤的原因一方面是在塑性强化过程中消耗了晶粒的部分可变形量,另一方面是在晶界处产生了大量滑移带的堆积,造成了材料韧性的下降。

非对称循环载荷下TA2工业纯钛疲劳损伤行为的预测

对TA2工业纯钛进行应力控制的非对称载荷疲劳试验,研究了不同最大应力(245,253,270,300 MPa)下纯钛的疲劳寿命和断口形貌,分析了非对称循环载荷下的应变演变以及应力-应变响应;基于连续损伤力学理论,建立了基于棘轮应变和总应变能密度的疲劳损伤演变预测模型,对纯钛的疲劳损伤过程进行预测,并与试验结果进行对比。结果表明:随着最大应力的降低,TA2工业纯钛的疲劳寿命延长。当最大应力为245,253 MPa时,塑性韧断区面积较小,断口中出现疲劳裂纹扩展区,失效机制为疲劳开裂及裂纹扩展失效,疲劳应变演变由加载初始阶段、稳定阶段和失效阶段组成,随最大应力的增加,塑性应变能密度以及相同疲劳寿命对应的平均应变均增大。当最大应力为270,300 MPa时,断口主要由纤维状的塑性韧断区组成,失效机制为循环塑性大变形失效,此时疲劳应变演化的稳定阶段不明显,随最大应力的增加,塑性应变能密度增大幅度较大,且当循环次数达到70%疲劳寿命时,270 MPa最大应力下的平均应变较大。基于棘轮应变的疲劳损伤演变预测模型对于疲劳中后期(循环次数不低于40%疲劳寿命)损伤值的预测效果较好,最大相对误差不超过12.5%;基于总应变能密度的疲劳损伤演变预测模型预测的损伤值相对误差基本在23%以内,整体预测稳定性较差。

工业纯钛高温拉伸性能及断口形貌

采用锻态工业纯钛TA1标准拉伸试样,利用Gleeble-1500D热模拟试验机进行高温拉伸试验,研究其高温拉伸性能;并用SEM观察并分析工业纯钛拉伸试样断口形貌及其形成机制。结果表明:随温度升高,工业纯钛的屈服强度和抗拉强度分别从最初的83.7和94.8 MPa减小到19.3和29.6 MPa;伸长率增大,在950和1000℃时分别达到峰值36.3%和28%。在882.5℃相变转变温度以下,纯钛表现为以微孔聚集型剪切断裂为特征的韧性断裂,随温度的升高,达到相变点882.5℃,纯钛发生同素异构转变,并伴随着塑性提高,以准解理方式断裂。

工业纯钛喷丸强化研究

采用 TEM结合 SEM和 XRD对工业纯钛喷丸强化后显微组织结构、断口形貌、残余应力进行分析 ,研究了影响疲劳性能的 3个因素即 :组织、应力、粗糙度。结果发现 :孪生是六方合金的塑性变形主要形式 ,喷丸强化表层形变组织由孪晶和变形带构成 ,表层孪晶间强烈交互作用 ,可造成显微损伤 ;表层残余应力在疲劳后发生明显松驰 ,有益贡献也相应的降低 ;表面粗糙度提高 。

工业纯钛的高温热氧化行为

采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究工业纯钛经600、700和800℃热氧化后硬化层的形貌、粗糙度和相结构,分析热氧化过程中氧原子的扩散机制、渗氧层的形成和氧化膜的分层现象。结果表明:随着氧化时间的延长和温度的升高,硬化层表面粗糙度增大,氧化物颗粒迅速长大,主要物相为TiO2、Ti2O、Ti3O、Ti6O;钛的氧化过程是氧原子通过气相/氧化膜及氧化膜/金属基体的渗透过程;氧化膜随着氧化反应的加剧和自身的分解,其结构和性质发生变化而导致分层现象。

室温ECAP和冷轧复合变形工业纯钛的组织和性能

采用ECAP技术和常规冷轧复合变形工艺制备了高强度工业纯钛,研究了复合变形后试样的力学性能与显微组织的关系.结果表明,工业纯钛经室温单道次ECAP和冷轧复合变形后,晶粒被严重拉长,形成了明显的纤维状组织,试样的抗拉强度高达805 MPa;随着冷轧变形量的增大,变形组织的细化程度和均匀性提高,使试样的强度和塑性进一步提高.位错滑移和孪生是工业纯钛室温ECAP和冷轧复合变形的主要变形机制.

工业纯钛TA2室温蠕变第1阶段特性研究

研究了工业纯钛TA2室温下蠕变第1阶段的特性。结果表明,TA2材料室温下确实存在明显的蠕变现象,并且存在一个临界应力值,低于该临界值的TA2在室温下不会发生蠕变。TA2室温下蠕变第1阶段的规律为β蠕变。针对TA2材料室温下第1阶段的蠕变特性,本研究提出了一种新的β值与应力间的关系表达式:β=β0(σ-σc)m,其中σc为蠕变临界应力。并且得到室温下TA2的蠕变临界应力值为267.25MPa。

高能喷丸表面纳米化对工业纯钛组织性能的影响

用高能振动喷丸法对工业纯钛进行了表面纳米化的研究。用X 射线衍射、光镜和透射电镜对表层变形层金相组织、晶粒尺寸、显微硬度进行分析。结果表明 ,具有密排六方晶体结构的工业纯钛经高能喷丸处理后 ,在表面可以形成具有一定厚度的纳米晶粒组织 ;随着高能喷丸时间的增加 ,表面层的晶粒尺寸变小 ,而表面硬度提高。

表面强化对工业纯钛显微组织的影响

工业纯钛经喷丸、滚压强化后 ,疲劳强度得到不同程度的提高。逐层TEM亚结构对比分析结果表明 :工业纯钛疲劳强度的提高和强化层组织中孪晶的形成有关 ;工业纯钛疲劳前后组织中主要是位错数量的变化 ,而强化试样疲劳前后组织结构既有位错、孪晶数量的变化 ,又有孪晶晶界、孪晶孪晶之间的交互作用 ;喷丸较滚压强化效果显著的部分原因是表层形成了准孪晶栅栏。

工业纯钛TA1热压缩变形行为及本构方程

为了实现工业纯钛TA1的数值模拟,制定合理的自由锻工艺参数,利用Gleeble-1500D热模拟实验机对工业纯钛TA1在变形温度为700、800、900和950℃和应变速率为0.01、0.1、1和5 s-1条件下的流变应力行为进行研究,最大变形程度为真应变0.7。结果表明:工业纯钛TA1在热压缩变形过程中,出现了动态回复与再结晶;流变应力随温度的升高而降低,随变形速率的减小而降低;在高的变形温度与低的应变速率下,工业纯钛TA1容易出现软化;求得了热变形激活能(Q)和双曲正弦形式的Arrhenius本构方程。

工业纯钛在特高温度下的氧化行为研究

通过Gleeble-1500热模拟机研究了在特高温度下工业纯钛的氧化行为。结果表明,随着氧化温度的升高和保温时间的延长,氧化增重持续增加：特高温氧化产生了多层氧化膜,氧通过破损的外层氧化膜通道向较致密的内层氧化膜扩散及向金属基体渗透,实现了工业纯钛的整个特高温氧化过程。

工业纯钛TA2的低温蠕变行为(英文)

对工业纯钛TA2在150℃（精对苯二甲酸装置钛冷凝器的工作温度）下的蠕变行为进行了研究。单轴拉伸蠕变试验结果表明，150℃下TA2材料蠕变第1阶段服从指数规律 ε = βt°。第1阶段蠕变衰减速度（时间指数口值）分别在160-200MPa和220-240MPa的试验应力范围内呈分阶段恒定的趋势。在较低的应力条件下（低于200MPa），蠕变第1阶段的衰减速度较大，第2阶段存在蠕变饱和现象，且随着应力的降低，达到饱和所需的时间缩短。由此可以推论，第2阶段蠕变饱和的出现与第1阶段蠕变衰减速度密切相关，且在低温和较低的应力条件下，蠕变行为主要以第1阶段为主。

工业纯钛焊接接头的表面纳米化及其性能

利用表面机械研磨法对工业纯钛焊接接头的表面进行处理,通过X射线衍射及透射电镜分析,表明经处理后的工业纯钛焊接接头表面晶粒尺寸达到了50nm左右,纳米化深度约30～40μm。显微硬度试验结果表明,经处理后样品表面的硬度有很大提高,焊缝和热影响区的硬度趋于一致。腐蚀试验证明工业纯钛焊接接头经表面纳米化处理,其耐盐酸腐蚀性能有所提高。

室温等径弯曲通道变形工业纯钛的组织及性能研究

采用两通道夹角Φ=120°,外圆角Ψ=20°的模具,在室温下成功实现了工业纯钛单道次等径弯曲通道变形(ECAP),并对变形试样进行(200～500)℃×0.5h退火,研究了试样显微组织和力学性能。结果表明,工业纯钛经单道次ECAP变形后,组织内存在大量的形变孪晶;晶粒碎化成板带状组织;屈服强度和显微硬度显著提高,并保持了足够的塑性;退火温度低于300℃时,显微硬度下降缓慢;高于300℃时,显微硬度显著下降。