鈦具有良好的抗（kàng）腐蝕（shí）性能，因（yīn）此鈦設備在化工生產中被廣泛應用。但鈦的焊接（jiē）具有一定的難度，特別是生產現場，沒有嚴格按焊（hàn）接工（gōng）藝施（shī）焊就會（huì）造成裂紋和氣孔。

1、鈦及鈦的分類（lèi）和特點

國產工業純鈦有 TA1、TA2、TA3 三種，其區（qū）別在於含氫氧氮雜質的含量不 同，這（zhè）些雜（zá）質使（shǐ）工業純鈦強化 ，但是塑性顯著降低 。工業純鈦盡管強度不高，但塑性及（jí）韌性優（yōu）良，尤其是具有良好的低溫衝擊韌性；同時具有良好的抗腐蝕性能。所以，這種材料多用於化學工業、石油工業中（zhōng）。

2、鈦及鈦合金的焊接性

2．1 氣體及雜質汙染對焊（hàn）接性能的影響

在常溫下 ，鈦及鈦合金是比（bǐ）較穩（wěn）定的。但在焊接過程中，液態熔滴和熔 池金屬具有強烈 吸收氫 、氧、氮的作用，而且在固（gù）態下，這些氣（qì）體已與其發生作用。隨著溫度的升高，鈦及鈦（tài）合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升 ，大約在 250℃ 左右開始吸收氫，從 400 ℃開始吸收氧，從（cóng） 600 ℃ 開始吸（xī）收（shōu）氮，這（zhè）些氣體（tǐ）被吸收後 ，將會直接引起焊接接頭脆化 ，是影響焊接質量的極為（wéi）重要的因素。

(1)氫的影響

氫是氣體（tǐ）雜質中對鈦的機械性能影響最嚴重的因素。焊縫含氫量（liàng）變化對焊縫衝擊性能影響最為顯著（zhe） ，其（qí）主要（yào）原（yuán）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（zài）鈦的 α相和β中（zhōng）都有較高的熔解度。為了保證焊接性能 ，除了在焊接過程中嚴防焊縫及焊縫熱影響區發（fā）生氧化外 ，同時還應 限製基本金屬及焊絲（sī）中的含氧（yǎng）量。

(3)氮的影響（xiǎng）

在 700℃以上的高溫下 ，氮和鈦發生劇（jù）烈作用 ，形（xíng）成脆硬 的氮（dàn）化鈦 (TiN )而且氮化鈦形成（chéng）間隙固溶體時所引起 的晶格（gé）歪挪程度 ，比適量的氧（yǎng）引起的後果更為嚴重，因此，氮對提高工業純（chún）鈦焊縫的抗拉強度 、硬度 ，降低焊縫的塑性性能比氧（yǎng）更為顯著 。

(4)碳的影響

碳也是鈦及鈦（tài）合金中常見的雜（zá）質，實驗（yàn）表明，當碳含量（liàng）為 0.13％時，碳因深在α鈦中（zhōng），焊縫強度極限有些提高，塑性（xìng）有些下降，但不及氧氮的（de）作（zuò）用強烈。但是當進一步提高焊縫含碳量時，焊縫卻出現網狀TiC ，其數（shù）量（liàng）隨碳含量增高而增多，使焊縫塑性急劇下降，在焊接應力作用下易出現裂紋。因此，鈦及（jí）鈦合金母材（cái）的含（hán）碳量不大 於0．1％ ，焊縫含碳量不超過母材含碳量 。

2．2 焊接接（jiē）頭裂紋問（wèn）題

鈦及鈦合金焊接時，焊接接頭產生熱裂紋的可（kě）能性很小 ，這是因為鈦及鈦合金 中 S、P 、C等雜質含量很少，由S、P 形成的低熔點共（gòng）晶不易出現在晶界上 ，加之有效（xiào）結晶溫度區間窄小 ，鈦及鈦合金凝（níng）固（gù）時收（shōu）縮量小，焊縫金屬（shǔ）不會產生熱裂紋。鈦及（jí）鈦（tài）合金焊接時，熱影響（xiǎng）區可出現冷裂紋，其特征是（shì）裂紋產（chǎn）生在焊後數小（xiǎo）時甚至更長（zhǎng）時間稱作延遲裂紋。經研究表明這種裂紋與焊接（jiē）過程中氫氮（dàn）的擴散有關。焊接（jiē）過程中氫 由高溫深池 向較低 溫的熱影響區擴散 ，氫（qīng）含（hán）量的提高使該區析出TiH2量增加（jiā），增大熱（rè）影（yǐng）響（xiǎng）區脆性，另外由於氫化物析（xī）出時（shí）體積膨脹引起較大的（de）組織應力，再加上氫原（yuán）子向該區的（de）高應力部位（wèi）擴散（sàn）及聚集 ，以致形成裂紋（wén）。防止這種延遲裂紋產生（shēng）的辦法，主要是減少（shǎo）焊接接頭氫的來源，焊完後需進行真空退（tuì）火處理 。

2．3 焊縫中的氣孔問題

鈦（tài）及（jí）鈦合金焊接時，氣孔是經常碰到（dào）的問題。形成氣孔的（de）根本原因是由於氫影響（xiǎng）的結果。焊縫金（jīn）屬形成氣孔主要影響到接頭的疲勞強度 。防止產生氣孔的工藝措施主要有：

(1)保護氬氣要純，純度應不低於 99．99％ ；

(2 )徹底（dǐ）清除焊件表麵 、焊（hàn）絲表麵上（shàng）的氧化皮油汙等有（yǒu）機物（wù） ；

(3)對熔 池施 以 良好 的氣體保護，控製好氬（yà）氣的流量及流速，防止產生紊流現象（xiàng），影響保護效果；

(4)正確選擇焊（hàn）接工藝參數，增加溶池停留時間（jiān） ，可有效地減（jiǎn）少氣（qì）孔 。

3、鈦（tài）板手工鎢極氬弧焊焊接

鈦及鈦合金（jīn）焊接生產 中應用最多是鎢板（bǎn）氬弧焊。氬弧焊的電弧在氬氣流的保（bǎo）護與冷卻作用下，電弧 熱量 較為集 中，電流（liú）密度高，熱 影響區小 ，焊接質量較高。鈦及鈦合金焊接（jiē）時，當溫度高於 500 ℃ 一700℃ 時，很 容 易 吸 收 空（kōng） 氣 中 的（de）氧、氫和氮，嚴重影響焊接質量。因此，鈦及鈦合金焊接時，對熔池全麵（miàn）及 高溫 部分 (400 ℃ ～650℃以上)的焊縫（féng）區必須嚴加保護，為此 ，鈦及鈦合（hé）金焊接時必須采取特殊的保護措施，一般采用充氬保護拖（tuō） 罩 。焊 縫 和近 焊（hàn）縫 區顏 色 是（shì）保 護（hù） 效果的標誌（zhì）。銀白色表示保護效果（guǒ）最好 ，黃色為輕微氧化。表麵顏色應（yīng）符合表 1 規定。

鈦及鈦合金氬弧焊時，還應（yīng）注意焊（hàn）道 的背麵保護 ，考慮到焊接變形 ，采用（yòng）開槽 固定銅墊板的方法進行充氬（yà）保護，為了使焊道（dào）背（bèi）麵充分保護，又在槽中加多孔銅管，使氬氣經銅管（guǎn）孔均勻的進入保護（hù）區，保護效果良好，焊道（dào）背（bèi）麵呈銀白色（sè）。

手工鎢板氬弧焊焊接工藝及參數的選擇

3.1 焊前準備

焊件和焊絲表麵質量（liàng）對焊接接頭的力學性能有很大影響必（bì）須嚴格清（qīng）理 。鈦板及鈦焊絲可采用機械清理及化學清理兩種方法。①機械清理（lǐ）對焊按質量要求不高或酸洗（xǐ）有困難的焊件，可用細砂紙或不鏽鋼（gāng）絲刷擦拭（shì），但最好是用硬質合金刮削鈦（tài）板 ，去除氧化膜。②化學清理 焊前可先對試件及焊絲進行酸洗 ，酸洗液可用 H F5％ + HNO 5％的水熔液。酸洗後（hòu）用淨水衝洗，烘幹後立（lì）即施焊。或者用丙酮 、乙醇 、四氯化（huà）碳 、甲醇等擦拭鈦板坡口及其（qí）麗側(各50mm內（nèi）)、焊絲（sī）表麵、工夾具與鈦板接觸的（de）部分 。

3.2 焊接設備的選擇

鈦及鈦合金金鎢板氬弧焊應選（xuǎn）用具有下降外特性 、高頻 引弧 的直（zhí）流氬弧焊電源，且延遲送氣時間（jiān）不少於 15 S，避免焊接區域遭受到氧化 、汙染。

3.3 焊接材料的選擇

氬氣純度應不低於99．99％ ，當（dāng）氬氣（qì）瓶中的壓力 降至（zhì） 0．981 M Pa 時，應停止使用 ，以防止影響（xiǎng）焊接接（jiē）頭質（zhì）量。原則上應選擇與（yǔ）基本金屬成分相 同的鈦（tài）絲，有（yǒu）時為了提 高焊縫金屬塑性 ，也可選用（yòng）強度 比基本金屬稍低的焊絲 。

3.4 坡口形式的選擇

原（yuán）則上盡量（liàng）減少（shǎo）焊接（jiē）層數和焊接金屬。隨著焊接層數（shù）的增多，焊縫累（lèi）計吸氣值增加，以至影響（xiǎng）焊（hàn）接接頭性能（néng），又由於鈦及鈦（tài）合金焊接時焊接（jiē）熔（róng）池尺寸較大，因此試件開單（dān） V 型70°～80°坡（pō） 口。

3.5 焊接參數選擇

通過對不（bú） 同（tóng）工（gōng）藝下的焊接接頭性能的對比，摸索（suǒ）出較（jiào）合適（shì）的焊接工藝規範。焊接（jiē）電流為95A、115A、120A，按（àn）此參數施焊，焊縫表麵呈銀白、淺黃色，x 射線探傷無缺陷，機械（xiè）性能彎曲試驗合（hé）格、拉伸強度也符合（hé）要求，焊接接頭性能達到技術要求，此（cǐ）工藝比較合適。氣體流（liú）量的選擇以（yǐ）達到良好的保（bǎo）護效果為準，過大的流量不（bú）易形成穩定的層流，並增大焊縫的冷卻速度，使焊縫表麵層出現較多的 O／相 ，以至引（yǐn）起微裂紋。拖罩（zhào）中的氬氣（qì）流（liú）量不足時，焊縫呈現出不（bú）同（tóng）的氧化色澤 ；而流（liú）量過大時，將對主噴嘴的氣流（liú）產生（shēng）幹擾作用。焊縫背麵的（de）氬氣流量也不能太大，否（fǒu）則會影響到正麵第一層焊縫的氣體保護效果。

3.6 鈦及鈦合金手工鎢極氬弧焊（hàn）操作要領

①手工氬弧焊時（shí），焊絲與焊件 間應盡量保持最小 的夾角(10°～15°)。焊絲沿著熔池前端平穩、均勻的送人熔（róng）池，不得將焊絲端部（bù）移出（chū）氬氣保護區。②焊接時（shí），焊槍基本不（bú）作橫向擺動，當需要擺動時，頻率要（yào）低，擺動幅度也（yě）不宜太大，以防止影響（xiǎng）氬氣的保護。③斷弧及焊縫收尾時，要（yào）繼續通氬（yà）氣保護，直到焊縫及熱影響區金屬冷（lěng）卻到350 °以下時方（fāng）可移開焊槍。

4、結論

（1）鈦（tài）及鈦合金焊接的氣體（tǐ）保（bǎo）護（hù）問題是影響焊接接頭質量的首要因（yīn）素；

（2）鈦及鈦合金焊（hàn）接時應盡量采用小的（de）熱輸入；

（3）手工鎢極氬 弧焊 時，應嚴格控製氫 的來源 ， 防止（zhǐ）冷（lěng）裂紋的產生 ，同時應注意防止氣孔 的產（chǎn）生；

（4）焊接（jiē）場所保持清潔、幹燥（zào）、無灰塵飛揚；

（5）焊件表麵清理後不（bú）宜久放（fàng） ，應立即組裝進（jìn）行焊（hàn）接，以避免重（chóng）新受汙染；

（6）因板厚需要多道施焊時，每道 焊接前均需檢（jiǎn）查上道焊是否受汙染（rǎn）或表麵是否有汙物 。若（ruò）是受汙染或汙物 ，必須處理幹淨（jìng）才能焊（hàn）下一道 ；

（7）在焊（hàn）接過程中（zhōng），每焊完一道，都進行焊層表麵顏色檢查 ，焊縫及熱影響區的表麵顏色（sè）應呈銀 白 色或金黃色 ；

（8）隻要（yào）嚴格按照焊接工藝要求施（shī）焊 ，並采取有效的氣體保護（hù）措施 ，即可獲得高質量的（de）焊接接（jiē）頭。