一 、前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鈦合金材料得到廣泛應(yīng)用。但由于鈦合金是一種化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷慕饘?，在高溫下對(duì)氧、氫和氮等氣體具有極大的親和力，特別是在鈦焊接過(guò)程中，這種能力伴隨著焊接溫度的升高更為強(qiáng)烈。實(shí)踐證明，焊接時(shí)如果對(duì)鈦合金與氧、氫和氮等氣體的吸收和溶解不加以控制，無(wú)疑會(huì)給鈦合金焊接接頭的施焊過(guò)程帶來(lái)了極大的困難。

二、鈦的特性對(duì)鈦焊接的影響

1)氧和氮的影響。氧和氮間隙固熔于鈦中，使鈦晶格畸變，變形抗力增加，強(qiáng)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(yīng)設(shè)法避免。

2)氫的影響。氫的增加會(huì)使鈦的焊縫金屬?zèng)_擊韌性急劇下降，而塑性下降少許，氫化物會(huì)引起接頭的脆性。

3)碳的影響 。常溫下，碳以間隙形式固溶于鈦中，使強(qiáng)度增加，塑性下降，但不如氧、氮明顯，碳量超過(guò)溶解度時(shí)生成硬而脆的TiC，呈網(wǎng)狀分布，易產(chǎn)生裂紋，國(guó)標(biāo)規(guī)定鈦其鈦合金中碳含量不得超過(guò)0.1%，焊接時(shí)，工件及焊絲的油污能增加碳含量，因此焊接時(shí)需清理干凈。

三、鈦及鈦合金的焊接性

1）氣孔的產(chǎn)生。鈦及鈦合金焊接時(shí)常見(jiàn)的缺陷是氣孔，主要產(chǎn)生在熔合線附近。氫是形成氣孔的重要原因，在焊接時(shí)由于鈦吸收氫的能力很強(qiáng)，而隨著溫度的下降氫的溶解度顯著下降，所以溶解于液態(tài)金屬中的氫往往來(lái)不及逸出形成氣孔。

2）接頭的脆化問(wèn)題 。在常溫下，鈦與氧反應(yīng)生成致密的氧化膜，從而使其具有高的化學(xué)穩(wěn)定性與耐腐蝕性。在施焊過(guò)程中，焊接溫度高達(dá)5000～10000℃，鈦及其合金與氧、氫和氮發(fā)生快速反應(yīng)。據(jù)試驗(yàn)，鈦合金在施焊過(guò)程中，溫度在300℃以上時(shí)能快速吸氫，450℃以上時(shí)能快速吸氧，600℃以上時(shí)能快速吸氮。而當(dāng)熔池中侵入這些有害氣體后，焊接接頭的塑性和韌性都會(huì)發(fā)生明顯的變化，特別是在882℃以上，接頭晶粒嚴(yán)重粗大化，冷卻時(shí)形成馬氏體組織，使接頭強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性下降，過(guò)熱傾向嚴(yán)重，接頭嚴(yán)重脆化。因此，在進(jìn)行鈦合金焊接時(shí)，對(duì)熔池、熔滴及高溫區(qū)，不管是正面還是反面都應(yīng)進(jìn)行全面可靠的氣體保護(hù)。這是保證鈦及其合金焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。 延遲裂紋的產(chǎn)生 在焊后一段時(shí)間內(nèi)，鈦及其合金的近縫區(qū)很容易產(chǎn)生裂紋，這是由氫從高溫熔池向低溫?zé)嵊绊憛^(qū)的擴(kuò)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(qū)脆性增大，再加上析出的氫化物體積膨脹時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。

四、鈦及鈦合金TIG焊接工藝及參數(shù)的選擇

1、焊前準(zhǔn)備
焊件和鈦焊絲表面質(zhì)量對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能有很大影響因此必須嚴(yán)格清理。鐵板及鈦焊絲可采用機(jī)械清理及化學(xué)清理兩種方法。

1.1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，但是用硬質(zhì)合金黃色刮削鈦板，去除氧化膜。

1.2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HF5%+HNO335%的水熔液。酸洗后用凈水沖洗，烘干后立即施焊。或者用丙酮、乙醇、四氯化碳、甲醇等擦拭鈦板坡口及其兩側(cè)（各50mm內(nèi)）、焊絲表面、工夾具與鈦板接觸的部分。

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，且延遲遞氣時(shí)間不少于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(yīng)不低于99.99%，露點(diǎn)在-40℃以下，雜質(zhì)總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.001%。當(dāng)氬氣瓶中的壓力降至0.981MPa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)為了握高焊縫金屬塑性，也可選用強(qiáng)度比基本金屬稍低的焊絲。

4、氣體保護(hù)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(duì)焊區(qū)及焊縫進(jìn)行必要的焊接保護(hù)與溫度控制，其溫度應(yīng)在250℃以下。保護(hù)與溫度控制的主要方法：一是對(duì)表面焊縫加保護(hù)氣體拖罩；二是將被焊接頭管內(nèi)充滿保護(hù)氣體。保護(hù)氣采用氬氣，其純度應(yīng)≥99.99％。保護(hù)氣體的流量應(yīng)滿足焊接技術(shù)要求（見(jiàn)表1）

表 1

5、焊接參數(shù)的選擇

5.1?鈦合金焊絲。填充焊絲的牌號(hào)應(yīng)根據(jù)母材來(lái)選擇，一般采用與母材同質(zhì)的原則，有時(shí)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，推薦威歐丁焊接公司親測(cè)的軍品鈦焊絲VOD301純鈦和鈦合金系列。焊絲直徑應(yīng)根據(jù)母材厚度來(lái)選擇（見(jiàn)表2）

表 2

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

6、坡口形式的選擇 原則盡量減少焊接層數(shù)和焊接金屬。隨著焊接層數(shù)的增多，焊縫累計(jì)吸氣置增加，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。

7、試件組對(duì)及定位焊 為了減少焊接變形，焊前進(jìn)行定位焊，一般定位焊間距為100~150mm，長(zhǎng)度為10~15 mm。定位焊所用的焊絲、焊接工藝參數(shù)及氣體保護(hù)條件應(yīng)與焊接接頭焊接時(shí)相同。間隙0~2mm，鈍邊0~1.0mm。

五、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)、均勻的送入熔池，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。

六、注意事項(xiàng)

1、施工人員和焊工應(yīng)佩戴潔凈的白細(xì)紗布手套（嚴(yán)禁佩戴棉線手套）。

2、經(jīng)處理的焊區(qū)嚴(yán)禁用手觸摸和接觸鐵制物品。

3、焊接工作盡可能在室內(nèi)進(jìn)行，環(huán)境風(fēng)速應(yīng)≤0.5m/s，避免受穿堂風(fēng)影響。

4、焊接時(shí)應(yīng)盡可能采用短弧焊接，采用小的焊接熱輸入，噴嘴與焊件保持70～80度的夾角。 對(duì)接管定位焊時(shí)，其對(duì)接間隙一般為0.5mm左右。

5、每道焊縫應(yīng)盡可能一次焊完，必須接焊的焊縫，在焊前應(yīng)將接口處清理干凈，焊肉搭接長(zhǎng)度為10～15mm。

6、焊接時(shí)，焊炬不應(yīng)左右擺動(dòng)，焊絲熔化端不得移出氣體保護(hù)區(qū)。

7、施焊引弧時(shí)應(yīng)提前送氣，熄弧時(shí)不能馬上抬起焊炬，應(yīng)延后供氣，直到溫度降至250℃以下。

8、氣體保護(hù)拖罩與焊炬的距離應(yīng)以盡量短為佳，與管壁接觸的間隙力求盡量小。

9、進(jìn)行管對(duì)接焊時(shí)，為了達(dá)到單面焊雙面成形要求，焊接分兩次進(jìn)行：一次為封底焊接（封底焊時(shí)可以不用填充材料），另一次為成形焊接。

10、多層焊時(shí)，必須等前一焊道完全冷卻后，再焊下一焊道。