鈦合金焊接

鈦及鈦合金常用的焊接方式有：氬弧焊、埋弧焊、真空電子束焊等。 3毫米以下厚度用鎢極氬弧焊，3毫米以上用熔化極氬弧焊。氬氣純度不低於99.99﹪，嚴格控制氬氣中空氣和水蒸氣的含量。焊前進行除油污、除氧化皮、除氧化膜表面處理。由於鈦及鈦合金的化學活性大，易被氧氣、氮氣、氫氣污染，所以不能採用焊條電弧焊、氧乙炔（或氧丙烷等）氣焊、C02焊、原子氫焊等方式焊接。

基本介紹

• 中文名：鈦合金焊接
• 內容一：鈦的特性對鈦焊接的影響
• 內容二：鈦及鈦合金的焊接性
• 內容三：鈦及鈦合金焊接工藝選擇
• 內容四：鈦及鈦合金焊接接口表面顏色

鈦的影響

氧和氮的影響

氧和氮間隙固熔於鈦中，使鈦晶格畸變，變形抗力增加，強度和硬度增加，塑性和韌性卻降低，焊縫中含焊氧、氮是不利的，應設法避免。

氫的影響

氫的增加會使鈦的焊縫金屬衝擊韌性急劇下降，而塑性下降少許，氫化物會引起接頭的脆性。

碳的影響

常溫下，碳以間隙形式固溶於鈦中，使強度增加，塑性下降，但不如氧、氮明顯，碳量超過溶解度時生成硬而脆的TiC，呈網狀分布，易產生裂紋，國標規定鈦其鈦合金中碳含量不得超過0.1%，焊接時，工件及焊絲的油污能增加碳含量，因此焊接時需清理乾淨。

鈦的焊接性

氣孔的產生

鈦及鈦合金焊接時最常見的缺陷是氣孔，主要產生在熔合線附近。氫是形成氣孔的重要原因，在焊接時由於鈦吸收氫的能力很強，而隨著溫度的下降氫的溶解度顯著下降，所以溶解於液態金屬中的氫往往來不及逸出形成氣孔。

接頭脆化問題

在常溫下，鈦與氧反應生成緻密的氧化膜，從而使其具有高的化學穩定性與耐腐蝕性。在施焊過程中，焊接溫度高達5000～10000℃，鈦及其合金與氧、氫和氮發生快速反應。據試驗，鈦合金在施焊過程中，溫度在300℃以上時能快速吸氫，450℃以上時能快速吸氧，600℃以上時能快速吸氮。而當熔池中侵入這些有害氣體後，焊接接頭的塑性和韌性都會發生明顯的變化，特別是在882℃以上，接頭晶粒嚴重粗大化，冷卻時形成馬氏體組織，使接頭強度、硬度、塑性和韌性下降，過熱傾向嚴重，接頭嚴重脆化。因此，在進行鈦合金焊接時，對熔池、熔滴及高溫區，不管是正面還是反面都應進行全面可靠的氣體保護。這是保證鈦及其合金焊接質量的關鍵。 延遲裂紋的產生 在焊後一段時間內，鈦及其合金的近縫區很容易產生裂紋，這是由氫從高溫熔池向低溫熱影響區的擴散引起的。隨著氫含量的增加，析出的鈦氫化合物增加，熱影響區脆性增大，再加上析出的氫化物體積膨脹時產生的組織應力，導致裂紋的產生。

焊接工藝選擇

1、焊前準備

焊件和鈦焊絲表面質量對焊接接頭的力學性能有很大影響因此必須嚴格清理。鐵板及鈦焊絲可採用機械清理及化學清理兩種方法。

1.1機械清理對焊按質量要求不高或酸洗有困難的焊件，可用細砂紙或不鏽鋼絲刷擦拭，但最好是用硬質合金黃色刮削鈦板，去除氧化膜。

1.2化學清理。焊前可先對試件及焊絲進行酸洗，酸洗液可用HF5%+HNO335%的水熔液。酸洗後用淨水沖洗，烘乾後立即施焊。或者用丙酮、乙醇、四氯化碳、甲醇等擦拭鈦板坡口及其兩側（各50mm內）、焊絲表面、工夾具與鈦板接觸的部分。

2、焊接設備的選擇 鈦及鈦合金金鎢板氬弧焊應選用具有下降外特性、高頻引弧的直流氬弧焊電源，且延遲遞氣時間不少於15秒，避免焊遭受到氧化、污染。

3、焊接材料的選擇 氬氣純度應不低於99.99%，露點在-40℃以下，雜質總的質量分數<0.001%。當氬氣瓶中的壓力降至0.981MPa時，應停止使用，以防止影響焊接接頭質量。原則上應選擇與基本金屬成分相同的鈦絲，有時為了握高焊縫金屬塑性，也可選用強度比基本金屬稍低的焊絲。

4、氣體保護及焊接溫度 鈦管接頭在焊接是地，為了防止焊接接頭在高溫下被有害氣體及元素污染，必須對焊區及焊縫進行必要的焊接保護與溫度控制，其溫度應在250℃以下。保護與溫度控制的主要方法：一是對表面焊縫加保護氣體拖罩；二是將被焊接頭管內充滿保護氣體。保護氣採用氬氣，其純度應≥99.99%。保護氣體的流量應滿足焊接技術要求

5、焊接參數的選擇

5.1 鈦合金焊絲。填充焊絲的牌號應根據母材來選擇，一般採用與母材同質的原則，有時為了提高接頭的塑性，也可以選擇比母材合金化程度稍低的焊絲。焊絲直徑應根據母材厚度來選擇（見表2） 表 2

5.2 鎢極。最好選用鈰鎢極，其直徑根據鈦合金管壁厚選擇，一般在1.0～3.0mm，鎢極端部應磨成30～45度錐形。

6、坡口形式的選擇 原則儘量減少焊接層數和焊接金屬。隨著焊接層數的增多，焊縫累計吸氣置增加，以至影響焊接接頭性能，又由於鈦及鈦合金焊接時焊接熔池尺寸較大，因此試件開單V型70~80°坡口。

7、試件組對及定位焊 為了減少焊接變形，焊前進行定位焊，一般定位焊間距為100~150mm，長度為10~15 mm。定位焊所用的焊絲、焊接工藝參數及氣體保護條件應與焊接接頭焊接時相同。間隙0~2mm，鈍邊0~1.0mm。

焊縫和熱影響區表面顏色

1、焊縫區

銀白、淡黃色（一、二、三級焊縫允許）；深黃色（二、三級焊縫允許）；金紫色（三級焊縫允許）；深蘭色（一、二、三級焊縫均不允許）。

2、熱影響區

銀白、淡黃色（一、二、三級焊縫允許）；深黃、金紫色（二、三級焊縫允許）；深蘭色（三級焊縫允許）。

操作要領

1、手工氬弧焊時，焊絲與焊件間應儘量保持最小的夾角（10~15°）。焊絲沿著熔池前端平穩、均勻的送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護區。

2、焊接時，焊槍基本不作橫向擺動，當需要擺動時，頻率要低，擺動幅度也不宜太大，以防止影響氬氣的保護。

3、斷弧及焊縫收尾時，要繼續通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區金屬冷卻到350℃以下時方可移開焊槍。