一 、前言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，鈦合金材料得到廣泛應用。但由于鈦合金是一種化學性質非常活潑的金屬，在高溫下對氧、氫和氮等氣體具有極大的親和力，特別是在鈦焊接過程中，這種能力伴隨著焊接溫度的升高更為強烈。實踐證明，焊接時如果對鈦合金與氧、氫和氮等氣體的吸收和溶解不加以控制，無疑會給鈦合金焊接接頭的施焊過程帶來了極大的困難。

二、鈦的特性對鈦焊接的影響

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。

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

3)碳的影響 。常溫下，碳以間隙形式固溶于鈦中，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(wǎng)狀分布，易產生裂紋，國標規(guī)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，因此焊接時需清理干凈。

三、鈦及鈦合金的焊接性

1）氣孔的產生。鈦及鈦合金焊接時常見的缺陷是氣孔，主要產生在熔合線附近。氫是形成氣孔的重要原因，在焊接時由于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，所以溶解于液態(tài)金屬中的氫往往來不及逸出形成氣孔。

2）接頭的脆化問題 。在常溫下，鈦與氧反應生成致密的氧化膜，從而使其具有高的化學穩(wěn)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(fā)生快速反應。據(jù)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后，焊接接頭的塑性和韌性都會發(fā)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(qū)，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 在焊后一段時間內，鈦及其合金的近縫區(qū)很容易產生裂紋，這是由氫從高溫熔池向低溫熱影響區(qū)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(qū)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。

四、鈦及鈦合金TIG焊接工藝及參數(shù)的選擇

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。鐵板及鈦焊絲可采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，可用細砂紙或不銹鋼絲刷擦拭，但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。酸洗后用凈水沖洗，烘干后立即施焊?；蛘哂帽⒁掖?、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 氬氣純度應不低于99.99%，露點在-40℃以下，雜質總的質量分數(shù)<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(qū)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。保護氣采用氬氣，其純度應≥99.99％。保護氣體的流量應滿足焊接技術要求（見表1）

表 1

5、焊接參數(shù)的選擇

5.1?鈦合金焊絲。填充焊絲的牌號應根據(jù)母材來選擇，一般采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，推薦威歐丁焊接公司親測的軍品鈦焊絲VOD301純鈦和鈦合金系列。焊絲直徑應根據(jù)母材厚度來選擇（見表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(shù)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。

五、鈦及鈦合金手工鎢極氬弧焊操作要領

1、手工氬弧焊時，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(wěn)、均勻的送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護區(qū)。

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(xù)通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到350℃以下時方可移開焊槍。

六、注意事項

1、施工人員和焊工應佩戴潔凈的白細紗布手套（嚴禁佩戴棉線手套）。

2、經(jīng)處理的焊區(qū)嚴禁用手觸摸和接觸鐵制物品。

3、焊接工作盡可能在室內進行，環(huán)境風速應≤0.5m/s，避免受穿堂風影響。

4、焊接時應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。 對接管定位焊時，其對接間隙一般為0.5mm左右。

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

6、焊接時，焊炬不應左右擺動，焊絲熔化端不得移出氣體保護區(qū)。

7、施焊引弧時應提前送氣，熄弧時不能馬上抬起焊炬，應延后供氣，直到溫度降至250℃以下。

8、氣體保護拖罩與焊炬的距離應以盡量短為佳，與管壁接觸的間隙力求盡量小。

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

10、多層焊時，必須等前一焊道完全冷卻后，再焊下一焊道。