[发明专利]一种耐腐蚀性强的钛合金焊接用低成本钛合金焊丝

说明书

技术领域

本发明属于钛基合金技术领域，特别涉及一种适用于高腐蚀环境的α型钛合金焊接用低成本钛合金焊丝。

背景技术

我国沿海地区淡水需求量的日益增大，我国海洋资源配合利用呼声升高，以多级闪蒸为龙头的大型蒸馏海水淡化装置(包括MSF、ME、VC)的开发生产必将成为我国的一项新兴产业。加之我国具有漫长的海岸和丰富廉价的海水资源，向大海要效益是今后一段时期内我国的一个新的经济增长点，钛及钛合金在海水淡化中的应用市场前景广阔。

在海水淡化生产方法中，应用最多的是多级闪蒸法，该方法的设备主要由海水加热、热回收部冷凝器、热输出部冷凝器、通风凝结器和喷射压气机等部分构成，热交换部位使用了大量的传热管，原用铜合金管，由于铜合金不耐腐蚀，目前已被钛管所代替。钛主要应用于海水淡化设备中的导热管。随着中东与亚洲电力及海水淡化市场的开拓，薄壁钛焊管的需求量也将逐渐增加，相应的钛合金焊材也随之增加，但目前的耐腐蚀类钛合金焊材焊接后得到的焊缝在高温腐蚀介质中发生间隙腐蚀机率很高，要解决此问题，研发耐高温耐腐蚀性良好的焊材是关键突破口。

另外换热器、热交换器行业板片常用的材料主要也采用钛及钛合金材料，钛是海水淡化设备换热器的首选材料，钛板制造的板式换热器有许多优点，在市场上有很强的竞争力，主要用于化工、石油、舰船、海水淡化等热交换系统，对高耐腐蚀的钛基焊材需求也在逐步增加。

钛对大多数盐溶液来说，具有优异的耐蚀性。对热的亚氯酸钠和各种浓度的次氯酸盐也有良好的稳定性；对大多数的碱溶液具有良好的耐蚀性，尤其是含有氯离子和氯化物的碱溶液；在潮湿的氯气中及在饱和氯气的硫酸、盐酸和氯化物等介质中都很稳定；在碳氢化合物中的耐蚀性也很好，因此钛基材料广泛用于真空制盐和漂粉精炼行业；氯碱行业；硫酸法钛白粉化工生产设备；有机化工业等。在这些超强腐蚀环境下，焊缝金属及焊接热影响区特别容易首先出现腐蚀，所以解决钛合金焊材在高腐蚀环境下的焊缝腐蚀是钛合金材料在这些行业中进一步推广的重要因素之一。

在这些高腐蚀环境下，普通的耐腐蚀钛基合金焊材通过焊接后得到的焊缝，经常会出现耐腐蚀性能下降、缝隙腐蚀明显。在狭窄的缝隙内或闭塞区中，钛氧化膜自愈反应由于氧耗尽，氧向缝内扩散受到阻抑及氯离子浓缩形成酸，在钛新鲜表面上腐蚀将急剧进行。焊接后造成缝隙一方面是因为在钛及钛合金的焊接过程中，接头处的气孔是一种主要缺陷。另一方面钛是一种活泼金属，在焊接过程的高温条件下，钛与氧、氮、氢反应速度较快，且生成物不致密。钛在吸收氧、氢、氮后形成间隙固溶体化合物，使焊接接头塑性和韧性降低，引起焊接点脆化。如果焊缝含氢量过多即吸氢量超过0.015％时，就会出现细片状或针状析出物TiH₂，因为TiH₂比容较α-Ti基体约大20％，容易产生很大的相变应力，导致TiH₂及TiH₂/α-Ti界面上微裂纹的形成，从而给间隙腐蚀创造了条件，同时也使焊缝冲击性能下降。焊接时由于熔池和低温区母材中的氢向热影响区扩散，引起热影响区氢含量增加，如果这个部位处于不利的应力状态，就会引起微裂纹。虽然为了避免此类情况的发生会选择使用一些常规的耐腐蚀钛合金焊材进行使用，这些普通的耐腐蚀焊材较一般的纯钛材料发生缝隙腐蚀的可能性小很多。但一旦发生缝隙腐蚀，由于表面沉积的Pd与Ti₂Ni均为促进阴极反应使析氢与渗氢加速，氢脆的促进作用使得腐蚀破坏的速度更快。所以在高温腐蚀环境或强腐蚀环境下需要开发更加耐蚀的焊接材料来保证焊缝的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于高温腐蚀环境及强腐蚀环境下的钛合金焊接材料，采用这类焊接材料焊接α型钛合金得到的焊缝金属具有耐蚀性强，耐热性好，特别是具有较好的抗缝隙腐蚀性能。

本发明提供的钛合金焊丝的成分，按重量百分数计算为，Ni：0.25％～0.80％；Co：0％～0.35％；Cr：0.10％～0.20％；Pd：0％～0.06％；Ru：0.02％～0.06％，上述五种合金元素重量百分数之和为0.50％～1.20％，余量为Ti和杂质元素，