鈦（tài）具有良好的抗腐蝕性能，因此鈦設備在化工生產中被廣泛（fàn）應用。但鈦的焊接具有一定的（de）難度，特別是生產現場（chǎng），沒有嚴格按焊接工藝施焊就會造成裂紋和氣孔。

1、鈦及鈦的分類和特點

國產（chǎn）工業純鈦有 TA1、TA2、TA3 三種，其區別（bié）在（zài）於含氫氧氮雜質的（de）含量不 同，這些雜質使工業純鈦強化 ，但是塑性（xìng）顯著降低（dī） 。工業純鈦盡管強度不高，但塑性及韌性優良（liáng），尤其是具（jù）有良好的（de）低溫衝擊韌性；同時具有良好（hǎo）的（de）抗腐（fǔ）蝕性能。所以，這種材（cái）料多用（yòng）於化學工（gōng）業、石油工業中。

2、鈦及鈦合金的焊（hàn）接性

2．1 氣體（tǐ）及雜質汙染對焊接性能的（de）影響

在常溫下 ，鈦及鈦合金是比較穩定的。但在焊接過程中，液（yè）態熔滴和熔 池金屬具有強烈 吸收氫 、氧、氮的作用，而且在固態下，這些氣體已（yǐ）與其發生（shēng）作用。隨著溫度的升高，鈦（tài）及鈦（tài）合金吸（xī）收（shōu）氫、氧（yǎng）、氮的能力也隨之明顯上升 ，大約在 250℃ 左右開始吸收氫（qīng），從 400 ℃開始吸（xī）收氧，從 600 ℃ 開始吸收氮，這些（xiē）氣體被吸收後 ，將會直接引起焊接接頭脆化 ，是影響焊（hàn）接質（zhì）量（liàng）的極為（wéi）重要的因素。

(1)氫的影響

氫是（shì）氣體雜（zá）質中對鈦的機械性能影響最嚴重的因素。焊縫含氫量變化對焊縫衝（chōng）擊（jī）性能影響最為顯著 ，其（qí）主要（yào）原因是（shì）隨焊（hàn）縫含氫量增加 ，焊縫（féng）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（dōu）有較高（gāo）的（de）熔解度。為了保證焊接性能 ，除了在焊（hàn）接過程中嚴防焊縫及焊縫熱影（yǐng）響區發生氧化外 ，同時還應（yīng） 限製基本金屬及焊絲中的含（hán）氧量。

(3)氮的影響

在 700℃以上的高（gāo）溫下 ，氮和鈦發（fā）生劇烈（liè）作用 ，形成脆硬（yìng） 的（de）氮化鈦 (TiN )而且氮化（huà）鈦形成間隙（xì）固溶體時所引起 的晶格歪挪程度（dù） ，比適量的氧引起的後果更（gèng）為嚴重，因此，氮對提高工（gōng）業純（chún）鈦焊縫的抗拉強度 、硬度 ，降低焊縫的塑性性（xìng）能比氧（yǎng）更為顯（xiǎn）著 。

(4)碳（tàn）的影響

碳也是鈦及鈦合金中常見的雜質，實驗表明，當碳含量為 0.13％時（shí），碳因深在α鈦中，焊縫強度極限有些（xiē）提高，塑性有些下降，但不（bú）及氧氮的作用強烈。但是當（dāng）進一（yī）步提高焊縫含碳量時，焊縫卻出現網狀TiC ，其數量隨碳含量增高而增多，使焊縫塑性急劇下降（jiàng），在焊接（jiē）應力（lì）作（zuò）用下易出現裂紋。因（yīn）此，鈦及（jí）鈦合金母材的含碳量（liàng）不大 於0．1％ ，焊縫含碳量不超過母材含碳量 。

2．2 焊（hàn）接接頭裂紋問題

鈦及鈦合金焊接時，焊（hàn）接接頭產生熱裂紋的可能性很小 ，這（zhè）是因為鈦及鈦合金 中 S、P 、C等雜質含（hán）量很少，由（yóu）S、P 形成的低熔點共晶不易（yì）出現在晶（jīng）界上 ，加之有效結晶溫度區間窄小 ，鈦及（jí）鈦合（hé）金凝固時收縮量小，焊縫（féng）金屬不會產生熱裂紋。鈦及鈦合金焊接時，熱影響區可出現冷裂紋，其特征是裂紋產生（shēng）在（zài）焊後數小時甚至更長時間（jiān）稱（chēng）作延遲裂紋。經研究（jiū）表明這種裂紋與焊接過程中氫氮的（de）擴散有關。焊接過程中氫 由（yóu）高溫深池 向較低（dī） 溫的熱影響區擴散 ，氫含量的提高使該區析出TiH2量增加（jiā），增大（dà）熱影響（xiǎng）區脆性，另外（wài）由於氫化物析出時體積膨脹引起較大的組織應力，再加上氫原子向該區的高應力部（bù）位擴散及聚集 ，以致形成裂紋。防止（zhǐ）這種延（yán）遲（chí）裂紋（wén）產（chǎn）生的辦法，主要是減（jiǎn）少（shǎo）焊接接頭氫的（de）來源（yuán），焊完後（hòu）需進行真空退火（huǒ）處（chù）理 。

2．3 焊（hàn）縫中的氣孔問題

鈦及鈦合金焊接時，氣孔是經常碰到的問題。形成氣孔的根本（běn）原（yuán）因是由於氫影響的（de）結果。焊縫金屬形成氣（qì）孔主要影響到（dào）接頭的疲勞強度 。防止產生氣孔的工（gōng）藝措施主要有：

(1)保護氬氣要純，純度應不低於 99．99％ ；

(2 )徹底清除焊件表麵 、焊絲表麵上（shàng）的（de）氧化皮油汙等有（yǒu）機（jī）物 ；

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

(4)正確選擇焊接工藝參（cān）數，增加溶池停留時間 ，可（kě）有（yǒu）效地減少氣孔 。

3、鈦板手工鎢極氬弧焊焊接

鈦及鈦合金（jīn）焊接生（shēng）產 中應用最多是（shì）鎢板氬弧焊。氬弧焊（hàn）的電弧在氬氣流的保護與冷卻作用下，電弧 熱量 較為集 中，電流密度（dù）高，熱 影響區（qū）小（xiǎo） ，焊接質（zhì）量較高。鈦及鈦合（hé）金焊接時，當溫度高於 500 ℃ 一700℃ 時，很 容 易（yì） 吸 收 空 氣 中 的氧、氫和氮，嚴（yán）重影響焊接質量。因此，鈦及鈦合金焊（hàn）接時，對熔池（chí）全麵及 高溫 部分 (400 ℃ ～650℃以上)的焊縫區必須嚴（yán）加保（bǎo）護，為（wéi）此（cǐ） ，鈦及鈦合金焊接（jiē）時必須采取特殊的保護措施（shī），一般采用充氬保護拖 罩（zhào） 。焊 縫 和近 焊縫 區顏 色 是保 護 效果的標誌。銀白（bái）色表示保護效果最好 ，黃色（sè）為輕微（wēi）氧化。表麵顏色應符合（hé）表 1 規（guī）定。

鈦及鈦合金氬弧焊時，還應注意焊道 的背麵保護 ，考慮到焊接變形 ，采用開槽 固定銅墊板的（de）方法進行充氬保護，為了使焊道背麵充分（fèn）保護，又在槽中加多孔銅管，使（shǐ）氬氣經銅管孔均勻的進入保護區，保護效果良好，焊道背麵呈銀白色。

手工（gōng）鎢板氬弧焊（hàn）焊接（jiē）工（gōng）藝及參數的選擇

3.1 焊前準備

焊件和焊絲表（biǎo）麵質量對焊接接頭的力學性能有很大影響必須嚴格清理 。鈦板及鈦焊絲可采用機械清理及化學清（qīng）理兩種方法。①機械清（qīng）理對焊按質量（liàng）要求不（bú）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（jīn）刮削（xuē）鈦板 ，去除氧化膜。②化學清理 焊前可（kě）先對試件及焊絲進行酸洗 ，酸洗液可用 H F5％ + HNO 5％的水熔液。酸洗後用（yòng）淨水衝洗，烘幹後立（lì）即施焊。或者用丙酮 、乙醇 、四（sì）氯化碳 、甲醇等擦拭鈦板坡口及其麗側(各（gè）50mm內)、焊絲表麵、工夾具與鈦板接觸的部分 。

3.2 焊接設備的選擇

鈦及（jí）鈦合（hé）金金（jīn）鎢板氬弧焊應選用（yòng）具有下降外特（tè）性 、高頻 引弧 的直流氬弧焊電源，且（qiě）延遲送（sòng）氣時間不少於 15 S，避免（miǎn）焊接（jiē）區（qū）域遭受（shòu）到（dào）氧化 、汙染。

3.3 焊接材料（liào）的選擇

氬氣純度應不低於99．99％ ，當氬氣瓶中的壓力 降至 0．981 M Pa 時，應停止使用 ，以防止影響（xiǎng）焊（hàn）接接頭質（zhì）量（liàng）。原則上（shàng）應選擇與基本金屬成分相 同的鈦絲，有時為了提 高焊縫金屬塑性 ，也可選用強度 比基本金屬（shǔ）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和（hé）焊接金屬（shǔ）。隨著焊接層數的增多，焊縫累計吸氣值增加，以至影響焊接（jiē）接頭性能（néng），又（yòu）由於鈦及鈦合金焊（hàn）接（jiē）時焊接熔池尺寸較大，因此試件開單 V 型70°～80°坡 口。

3.5 焊（hàn）接（jiē）參數選擇

通過對不 同工藝下的焊接接頭（tóu）性能的對比，摸索出較合（hé）適的焊（hàn）接工藝規（guī）範。焊接電流為95A、115A、120A，按此參數施焊（hàn），焊縫表麵（miàn）呈銀白、淺黃色，x 射線探傷無缺（quē）陷，機械性能彎曲試驗合格、拉伸強（qiáng）度也符合要求，焊接接頭性（xìng）能達到技術要求，此工藝比較合適。氣體流量的選擇以達到良好的保護效果為準，過大的（de）流量不易形成穩定的層流，並增（zēng）大（dà）焊縫的冷卻速度，使焊縫表麵層出現較多的 O／相（xiàng） ，以至引起微裂紋。拖罩中的氬氣流量不足時，焊縫呈現出不同的氧化色澤 ；而流量過大時，將對主噴（pēn）嘴的氣流產生幹擾（rǎo）作用。焊縫背麵（miàn）的氬氣（qì）流量也不能太（tài）大，否（fǒu）則會影響到正（zhèng）麵第一層（céng）焊（hàn）縫的氣體保護效果。

3.6 鈦及鈦合金手工鎢極氬弧焊操（cāo）作要領

①手工氬弧焊時（shí），焊絲與焊（hàn）件 間應盡（jìn）量保持最小 的夾角(10°～15°)。焊絲沿（yán）著熔池前端平穩、均（jun1）勻的送人熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護（hù）區。②焊接時，焊槍基（jī）本不作橫向擺（bǎi）動，當需要擺動時（shí），頻率要低，擺動幅度也不宜太大，以防止影（yǐng）響（xiǎng）氬氣的保（bǎo）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金屬冷卻到350 °以下時方可移（yí）開（kāi）焊槍。

4、結論

（1）鈦及鈦（tài）合金焊接的氣（qì）體保（bǎo）護問題是影響焊接接頭質（zhì）量的首要因素；

（2）鈦及鈦合金焊接時應盡量（liàng）采用小的（de）熱輸入；

（3）手工鎢極（jí）氬 弧焊 時，應嚴格控製氫 的來源 ， 防止冷裂紋的產生 ，同時應注意防止氣孔 的產生；

（4）焊接場（chǎng）所保持清（qīng）潔（jié）、幹燥、無灰塵飛揚；

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

（6）因板（bǎn）厚需要多道（dào）施焊（hàn）時，每道 焊接前均需檢查上道（dào）焊（hàn）是否受汙染或表（biǎo）麵是（shì）否（fǒu）有（yǒu）汙（wū）物 。若是受汙染或汙（wū）物 ，必須（xū）處理幹淨才能（néng）焊下一道 ；

（7）在焊接過程中，每焊（hàn）完一（yī）道，都（dōu）進行焊層表麵顏色檢查 ，焊縫及熱（rè）影響區的表麵顏色應呈銀 白 色或金黃（huáng）色 ；

（8）隻（zhī）要（yào）嚴（yán）格按照焊接工藝要求施焊 ，並采取（qǔ）有效的（de）氣體保護措施 ，即可獲得高質量的焊接接頭。