鈦具有良好的抗腐蝕性能，因此鈦設(shè)備在化工生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。但鈦的焊接具有一定的難度，特別是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，沒(méi)有嚴(yán)格按焊接工藝施焊就會(huì)造成裂紋和氣孔。

1、鈦及鈦的分類和特點(diǎn)

國(guó)產(chǎn)工業(yè)純鈦有 TA1、TA2、TA3 三種，其區(qū)別在于含氫氧氮雜質(zhì)的含量不 同，這些雜質(zhì)使工業(yè)純鈦強(qiáng)化 ，但是塑性顯著降低 。工業(yè)純鈦盡管強(qiáng)度不高，但塑性及韌性優(yōu)良，尤其是具有良好的低溫沖擊韌性；同時(shí)具有良好的抗腐蝕性能。所以，這種材料多用于化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)中。

2、鈦及鈦合金的焊接性

2．1 氣體及雜質(zhì)污染對(duì)焊接性能的影響

在常溫下 ，鈦及鈦合金是比較穩(wěn)定的。但在焊接過(guò)程中，液態(tài)熔滴和熔 池金屬具有強(qiáng)烈 吸收氫 、氧、氮的作用，而且在固態(tài)下，這些氣體已與其發(fā)生作用。隨著溫度的升高，鈦及鈦合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升 ，大約在 250℃ 左右開(kāi)始吸收氫，從 400 ℃開(kāi)始吸收氧，從 600 ℃ 開(kāi)始吸收氮，這些氣體被吸收后 ，將會(huì)直接引起焊接接頭脆化 ，是影響焊接質(zhì)量的極為重要的因素。

(1)氫的影響

氫是氣體雜質(zhì)中對(duì)鈦的機(jī)械性能影響最嚴(yán)重的因素。焊縫含氫量變化對(duì)焊縫沖擊性能影響最為顯著 ，其主要原因是隨焊縫含氫量增加 ，焊縫中析出的片狀或針狀Tih2增多。

(2)氧的影響

氧在鈦的 α相和β中都有較高的熔解度。為了保證焊接性能 ，除了在焊接過(guò)程中嚴(yán)防焊縫及焊縫熱影響區(qū)發(fā)生氧化外 ，同時(shí)還應(yīng) 限制基本金屬及焊絲中的含氧量。

(3)氮的影響

在 700℃以上的高溫下 ，氮和鈦發(fā)生劇烈作用 ，形成脆硬 的氮化鈦 (TiN )而且氮化鈦形成間隙固溶體時(shí)所引起 的晶格歪挪程度 ，比適量的氧引起的后果更為嚴(yán)重，因此，氮對(duì)提高工業(yè)純鈦焊縫的抗拉強(qiáng)度 、硬度 ，降低焊縫的塑性性能比氧更為顯著 。

(4)碳的影響

碳也是鈦及鈦合金中常見(jiàn)的雜質(zhì)，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)碳含量為 0.13％時(shí)，碳因深在α鈦中，焊縫強(qiáng)度極限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用強(qiáng)烈。但是當(dāng)進(jìn)一步提高焊縫含碳量時(shí)，焊縫卻出現(xiàn)網(wǎng)狀TiC ，其數(shù)量隨碳含量增高而增多，使焊縫塑性急劇下降，在焊接應(yīng)力作用下易出現(xiàn)裂紋。因此，鈦及鈦合金母材的含碳量不大 于0．1％ ，焊縫含碳量不超過(guò)母材含碳量 。

2．2 焊接接頭裂紋問(wèn)題

鈦及鈦合金焊接時(shí)，焊接接頭產(chǎn)生熱裂紋的可能性很小 ，這是因?yàn)殁伡扳伜辖?中 S、P 、C等雜質(zhì)含量很少，由S、P 形成的低熔點(diǎn)共晶不易出現(xiàn)在晶界上 ，加之有效結(jié)晶溫度區(qū)間窄小 ，鈦及鈦合金凝固時(shí)收縮量小，焊縫金屬不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。鈦及鈦合金焊接時(shí)，熱影響區(qū)可出現(xiàn)冷裂紋，其特征是裂紋產(chǎn)生在焊后數(shù)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間稱作延遲裂紋。經(jīng)研究表明這種裂紋與焊接過(guò)程中氫氮的擴(kuò)散有關(guān)。焊接過(guò)程中氫 由高溫深池 向較低 溫的熱影響區(qū)擴(kuò)散 ，氫含量的提高使該區(qū)析出TiH2量增加，增大熱影響區(qū)脆性，另外由于氫化物析出時(shí)體積膨脹引起較大的組織應(yīng)力，再加上氫原子向該區(qū)的高應(yīng)力部位擴(kuò)散及聚集 ，以致形成裂紋。防止這種延遲裂紋產(chǎn)生的辦法，主要是減少焊接接頭氫的來(lái)源，焊完后需進(jìn)行真空退火處理 。

2．3 焊縫中的氣孔問(wèn)題

鈦及鈦合金焊接時(shí)，氣孔是經(jīng)常碰到的問(wèn)題。形成氣孔的根本原因是由于氫影響的結(jié)果。焊縫金屬形成氣孔主要影響到接頭的疲勞強(qiáng)度 。防止產(chǎn)生氣孔的工藝措施主要有：

(1)保護(hù)氬氣要純，純度應(yīng)不低于 99．99％ ；

(2 )徹底清除焊件表面 、焊絲表面上的氧化皮油污等有機(jī)物 ；

(3)對(duì)熔 池施 以 良好 的氣體保護(hù)，控制好氬氣的流量及流速，防止產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，影響保護(hù)效果；

(4)正確選擇焊接工藝參數(shù)，增加溶池停留時(shí)間 ，可有效地減少氣孔 。

3、鈦板手工鎢極氬弧焊焊接

鈦及鈦合金焊接生產(chǎn) 中應(yīng)用最多是鎢板氬弧焊。氬弧焊的電弧在氬氣流的保護(hù)與冷卻作用下，電弧 熱量 較為集 中，電流密度高，熱 影響區(qū)小 ，焊接質(zhì)量較高。鈦及鈦合金焊接時(shí)，當(dāng)溫度高于 500 ℃ 一700℃ 時(shí)，很 容 易 吸 收 空 氣 中 的氧、氫和氮，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。因此，鈦及鈦合金焊接時(shí)，對(duì)熔池全面及 高溫 部分 (400 ℃ ～650℃以上)的焊縫區(qū)必須嚴(yán)加保護(hù)，為此 ，鈦及鈦合金焊接時(shí)必須采取特殊的保護(hù)措施，一般采用充氬保護(hù)拖 罩 。焊 縫 和近 焊縫 區(qū)顏 色 是保 護(hù) 效果的標(biāo)志。銀白色表示保護(hù)效果最好 ，黃色為輕微氧化。表面顏色應(yīng)符合表 1 規(guī)定。

鈦及鈦合金氬弧焊時(shí)，還應(yīng)注意焊道 的背面保護(hù) ，考慮到焊接變形 ，采用開(kāi)槽 固定銅墊板的方法進(jìn)行充氬保護(hù)，為了使焊道背面充分保護(hù)，又在槽中加多孔銅管，使氬氣經(jīng)銅管孔均勻的進(jìn)入保護(hù)區(qū)，保護(hù)效果良好，焊道背面呈銀白色。

手工鎢板氬弧焊焊接工藝及參數(shù)的選擇

3.1 焊前準(zhǔn)備

焊件和焊絲表面質(zhì)量對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能有很大影響必須嚴(yán)格清理 。鈦板及鈦焊絲可采用機(jī)械清理及化學(xué)清理兩種方法。①機(jī)械清理對(duì)焊按質(zhì)量要求不高或酸洗有困難的焊件，可用細(xì)砂紙或不銹鋼絲刷擦拭，但最好是用硬質(zhì)合金刮削鈦板 ，去除氧化膜。②化學(xué)清理 焊前可先對(duì)試件及焊絲進(jìn)行酸洗 ，酸洗液可用 H F5％ + HNO 5％的水熔液。酸洗后用凈水沖洗，烘干后立即施焊?；蛘哂帽?、乙醇 、四氯化碳 、甲醇等擦拭鈦板坡口及其麗側(cè)(各50mm內(nèi))、焊絲表面、工夾具與鈦板接觸的部分 。

3.2 焊接設(shè)備的選擇

鈦及鈦合金金鎢板氬弧焊應(yīng)選用具有下降外特性 、高頻 引弧 的直流氬弧焊電源，且延遲送氣時(shí)間不少于 15 S，避免焊接區(qū)域遭受到氧化 、污染。

3.3 焊接材料的選擇

氬氣純度應(yīng)不低于99．99％ ，當(dāng)氬氣瓶中的壓力 降至 0．981 M Pa 時(shí)，應(yīng)停止使用 ，以防止影響焊接接頭質(zhì)量。原則上應(yīng)選擇與基本金屬成分相 同的鈦絲，有時(shí)為了提 高焊縫金屬塑性 ，也可選用強(qiáng)度 比基本金屬稍低的焊絲 。

3.4 坡口形式的選擇

原則上盡量減少焊接層數(shù)和焊接金屬。隨著焊接層數(shù)的增多，焊縫累計(jì)吸氣值增加，以至影響焊接接頭性能，又由于鈦及鈦合金焊接時(shí)焊接熔池尺寸較大，因此試件開(kāi)單 V 型70°～80°坡 口。

3.5 焊接參數(shù)選擇

通過(guò)對(duì)不 同工藝下的焊接接頭性能的對(duì)比，摸索出較合適的焊接工藝規(guī)范。焊接電流為95A、115A、120A，按此參數(shù)施焊，焊縫表面呈銀白、淺黃色，x 射線探傷無(wú)缺陷，機(jī)械性能彎曲試驗(yàn)合格、拉伸強(qiáng)度也符合要求，焊接接頭性能達(dá)到技術(shù)要求，此工藝比較合適。氣體流量的選擇以達(dá)到良好的保護(hù)效果為準(zhǔn)，過(guò)大的流量不易形成穩(wěn)定的層流，并增大焊縫的冷卻速度，使焊縫表面層出現(xiàn)較多的 O／相 ，以至引起微裂紋。拖罩中的氬氣流量不足時(shí)，焊縫呈現(xiàn)出不同的氧化色澤 ；而流量過(guò)大時(shí)，將對(duì)主噴嘴的氣流產(chǎn)生干擾作用。焊縫背面的氬氣流量也不能太大，否則會(huì)影響到正面第一層焊縫的氣體保護(hù)效果。

3.6 鈦及鈦合金手工鎢極氬弧焊操作要領(lǐng)

①手工氬弧焊時(shí)，焊絲與焊件 間應(yīng)盡量保持最小 的夾角(10°～15°)。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送人熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護(hù)區(qū)。②焊接時(shí)，焊槍基本不作橫向擺動(dòng)，當(dāng)需要擺動(dòng)時(shí)，頻率要低，擺動(dòng)幅度也不宜太大，以防止影響氬氣的保護(hù)。③斷弧及焊縫收尾時(shí)，要繼續(xù)通氬氣保護(hù)，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到350 °以下時(shí)方可移開(kāi)焊槍。

4、結(jié)論

（1）鈦及鈦合金焊接的氣體保護(hù)問(wèn)題是影響焊接接頭質(zhì)量的首要因素；

（2）鈦及鈦合金焊接時(shí)應(yīng)盡量采用小的熱輸入；

（3）手工鎢極氬 弧焊 時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制氫 的來(lái)源 ， 防止冷裂紋的產(chǎn)生 ，同時(shí)應(yīng)注意防止氣孔 的產(chǎn)生；

（4）焊接場(chǎng)所保持清潔、干燥、無(wú)灰塵飛揚(yáng)；

（5）焊件表面清理后不宜久放 ，應(yīng)立即組裝進(jìn)行焊接，以避免重新受污染；

（6）因板厚需要多道施焊時(shí)，每道 焊接前均需檢查上道焊是否受污染或表面是否有污物 。若是受污染或污物 ，必須處理干凈才能焊下一道 ；

（7）在焊接過(guò)程中，每焊完一道，都進(jìn)行焊層表面顏色檢查 ，焊縫及熱影響區(qū)的表面顏色應(yīng)呈銀 白 色或金黃色 ；

（8）只要嚴(yán)格按照焊接工藝要求施焊 ，并采取有效的氣體保護(hù)措施 ，即可獲得高質(zhì)量的焊接接頭。