钛及钛合金焊接工艺标准
QB-CNCEC J22105-2006
1 适用范围
本施工工艺标准适用于钛及钛合金的手工钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊和惰性气体保护等离子焊接。
2 施工准备
2.1 技术准备
2.1.1施工技术资料
2.1.1.1设计文件(施工图、材料表、标准图、设计说明及技术规定等)及焊接工艺评定。
2.1.2 现行施工标准规范
JB/T4745《钛制焊接容器》
GB/T2965《钛及钛合金棒材》
SH3502《钛管道施工及验收规范》
GB/T3620.1《钛及钛合金牌号和化学成分》
GB/T3621《钛及钛合金板材》
GB/T3623《钛及钛合金焊丝》
GB/T3624《钛及钛合金管》
GB/T3625《换热器及冷凝器用钛及钛合金》
GB/T4842《纯氩》
《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》
2.1.3 施工方案
2.1.
3.1焊接施工方案、焊接工艺评定报告、焊接工艺指导书
钛及钛合金材料的焊接工艺评定应当按GB50236《现场设备、工艺管道焊接工程施工及验收规范》的要求进行，或者按设计要求的标准进行评定；依据评定合格的焊接工艺编制焊接工艺指导书。
2.1.4技术及安全交底
工号技术员应按要求向所有焊接人员进行技术及安全交底。
2.1.5焊工培训考试
2.1.5.1从事钛及钛合金材料焊接的焊工应进行培训和考试，考试包括基本知识和焊接操作技能两部分，基本知识考试合格后才能参加操作技能的考试，考试内容应与焊工所从事的工作范围相适应。
2.1.5.2钛及钛合金焊接的焊工考试依据设计文件要求进行，如设计没有明确规定可以按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》和GB50236《现场设备、工艺管道焊接工程施工及验收规范》要求进行。
2.2 作业人员
2.3 材料的验收与保管
2.3.1.1工程材料的验收
⑴应由具有材料知识、识别能力、实践经验及熟悉规章制度的人员管理参与验收。
⑵材料入库时，业主、监理、施工单位三方共同进行验收，应检查下列项目符合要求方可验收：
制造厂合格证及质量证明书
核对材质、规格型号、数量
外观检查
按规定要求做好检查记录
2.3.1.2工程材料的保管
⑴经检验合格的钛材，应按规定尺寸分别放置在垫木上，单独堆放，严禁与钢材混堆和直接接触或碰伤，防止污染和腐蚀。
⑵一定条件下钛在发烟硝酸、干氯气、甲醇、三氯乙烯、液态的四氧化碳、熔融金属盐、四氯化碳、尿吡啶、氢气等介质中可能产生燃烧、爆炸或应力腐蚀开裂等，钛对这些介质环境应回避或慎用。
⑶做好标识。
⑷如露天堆放应做好防风、雨、雪等特殊防护措施。
2.3.1.3管材质量要求
⑴管道用钛及钛合金材料应当具有良好的耐蚀性能、力学性能、成形性能及其他工艺性能和物理性能，能满足管道的使用、制造与检验要求，并考虑经济合理性。
⑵钛及钛合金管材应符合GB/T3624《钛及钛合金管》的要求。
⑶技术要求应注明所购钛管类别（无缝管、焊接管或焊接—轧制管）
⑷外径超过60mm且设计压力超过10Mpa的钛管应进行超声或涡流检测，任何外径的管材的无损检测方法，如需在超声和涡流检测两者之中选定一种应注明。
⑸钛材的表面应光滑、清洁，无针孔、裂纹、折叠和过腐蚀等缺陷。
⑹钛材表面的局部缺陷应予清除，清除后厚度不得超出规定的负偏差。
2.3.1.4 焊材选用原则及验收标准
⑴所选焊丝焊后状态下的焊缝抗拉强度不低于母材退火状态下的标准下限值，塑性和耐蚀性能不低于退火状态下的母材或与母材相当，焊接性能良好，能满足使用条件的要求。
⑵选用的焊丝应有出厂合格证和质量证明书，焊丝表面应洁净，无氧化色，不应有裂纹、光玻、斑疤和夹渣等缺陷。
⑶焊丝中的氮、氧、碳、氩、铁等杂质元素的标准含量上限值应低于母材中杂质元素的标准含量上限值，不得从所焊母材上裁条充当焊丝。
⑷一般情况下应选用GB/T3623《钛及钛合金丝》和JB/T4745《钛制焊接容器》附录D中与母材
相对应的焊丝牌号，但应通过焊接工艺评定合格。
⑸ 不同牌号的钛材相焊时，按耐蚀性能较好和强度级别较低的母材选择焊丝材料，当焊件要求较高塑性时，应采用纯度比母材高的焊丝或按图样规定。
⑹ 保护用氩气纯度应高于99.99％，露点不高于－50℃，含水量不大于50毫克/米3
，并符合GB/T4842的规定，也可用氦气。
⑺ 氩气输送管应采用塑性软管，不宜用橡胶软管或其它吸湿性材料。 2.3.1.5 母材推荐焊丝牌号
焊丝牌号与推荐所焊母材牌号见下表2.3.1.5所示。
2.4 主要施工机具 2.4.1 主要机械设备
直流氩弧焊机、熔化极氩弧焊机、等离子切割机、焊条烘烤保温箱、坡口机、无损检测设备等。 2.4.2 主要工具
角向砂轮机、细锉、不锈钢丝刷、铣刀、焊接面罩、焊条保温筒、刮刀、电钻等。 2.5 测量及计量器具
焊接检验尺、干湿温度计、电流表、电压表、秒表、风速计、测温仪等。 2.6 作业条件
2.6.1 施工场所已具备施工条件，所需的图纸资料和技术文件齐备，图纸会审已进行，施工方案已经编制好且审核批准，并进行技术交底。
2.6.2 建立焊接质量保证体系，包括焊接技术人员、焊接质检人员和无损检测人员等。 2.6.3 焊接工装设备、检测、试验手段应满足钛及钛合金的焊接技术要求。 2.6.4 在焊工考试和施焊前，具有相应的焊接工艺评定。
2.6.5 焊接场所保持清洁，并有防风、防雨雪措施，风速≤2m/s ，相对湿度一般不大于
80%，环境温度不低于5℃。
2.6.6 焊前应根据焊件与焊缝型式予先制作好惰性气体保护罩，其尺寸应足以使焊缝与热影响区在焊后冷却过程中温度高于400℃的部分处于惰性气体的保护之下。 3 施工工艺
3.2 工艺操作过程 3.2.1 焊缝组对坡口形式
3.2.1.1 焊件的坡口型式和尺寸的选用应考虑易于保证焊接接头质量，填充金属量少，便于操作和减少焊接变形等原则。
3.2.1.2 坡口及两侧各25mm 以内的内外表面清除污垢后，应用细锉或奥氏体不锈钢丝刷、铣刀等机械方法清除其氧化膜、毛刺和表面缺陷，清理工具应专用并保持清洁。
3.2.1.3 经机械清理后的表面，焊接前应使用不含硫的丙酮或乙醇进行脱脂处理，严禁使用诸如三氯乙烯、四氯化碳等氯化物溶剂，并避免将棉质纤维，附于坡口表面，如清洗后4小时未焊，焊前应重新清洗。
3.2.1.4 钛管道的焊口组对时：当壁厚相同时应做到内壁平齐，对口错边量不应超过壁厚的10%，且不大于1mm ；不同壁厚的焊口组对时应按下图3.2.1.4所示加工坡口。
L ≥4图3.2.1.4 坡口形式
3.2.2 焊接工艺参数
3.2.2.1 选择焊接工艺参数应保证足够的熔透深度，保证保护良好，避免产生缺陷，并尽量采用热输入较小的焊接规范，层间温度不高于200℃。
3.2.2.2 钨极氩弧焊时推荐采用铈钨电极，电极直径应根据使用的焊接电流大小选择，电极端部应为圆锥形，其端部尺寸和形状可参照下图3.2.2.2所示修整：
图3.2.2.2 3.2.2.3 铈钨电极允许焊接电流见下表3.2.2.3所示：
3.2.2.4 钍钨电极允许焊接电流见下表3.2.2.4所示：
3.2.2.5 手工钨极氩弧焊工艺参数参照下表3.2.2.5所示：
3.2.2.6 自动钨极氩弧焊工艺参数参照下表3.2.2.6所示：
3.2.2.7熔化极自动氩弧焊工艺参数参照下表3.2.2.7所示：
3.2.3 焊缝返修
3.2.3.1焊缝和热影响区的氧化变色或表面缺陷经打磨后，若母材厚度仍能满足设计要求，可不必补焊。
3.2.3.2 缺陷深度较深应修磨后补焊，修磨范围内的斜度至少为1∶3，返修工艺符合正常焊接工艺要求。
3.2.3.3焊缝翻修后仍按原规定进行检验。
3.2.3.4 焊缝同一部位的返修次数不得超过两次，需要进行第三次返修时应对不合格焊缝进行质量分析，制定返修措施，经质保工程师批准后进行，返修次部位和返修情况应记入容器、管道的质量证明书。
3.3 焊接过程中应注意的问题
3.3.1应采用合理的焊接顺序、施焊方法和刚性固定，以减少焊接变形与应力。
3.3.2钨极氩弧焊焊接过程中，如钨极碰到了焊缝金属应立即停焊，去除污染，必要时须修磨钨极尖端后再焊。
3.3.3焊件焊前应配装定位，定位焊时应采用与评定合格的正式焊接相同的工艺，而且使定位焊缝最后熔入永久焊缝中，定位焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣及氧化变色等缺陷，发现缺陷应及时清除。
3.3.4临时焊到容器上的非容器附件，应采用与容器材质具有相同焊接性能的钛材与焊接工艺施焊，附件去除后留下的焊疤应打磨至与母材齐平，必要时应进行渗透检测与修补。
3.3.5焊接作业均应在氩气保护下进行，采用焊矩喷嘴保护熔池，焊炬拖罩保护热态焊缝，背面充氩气保护焊缝及近缝区的内表面，保护措施应充分可靠，并应符合下列要求：
3.3.5.1焊炬喷嘴直径宜选用φ12-φ20mm，喷出的氩气应保持稳定层流。
3.3.5.2焊炬拖罩型式应根据焊件形状和尺寸决定，做到保护可靠，操作方便。
3.3.5.3管内应提前充氩，排净空气，并保持微弱正压和呈流动状态。
3.3.5.4引弧时，焊炬应提前送气，并采用高频引弧；熄弧时应使用电流衰减装置和气体延时保护装置，弧坑必须填满且避免大气污染。
3.3.5.5焊接过程中填充焊丝的加热端应始终处在氩气的保护之下，熄弧后焊丝不得立即暴露在大气中，应在焊缝脱离保护时取出，焊丝如被污染，出现氧化变色时，污染部分应予切除。必须采用有效措施，防止氢、氧、氮、碳及铁质污染，试压及清洗应采用洁净水。
3.3.5.6 钛材的焊接场所应为独立区域，若在有钢材作业的车间内，应分割成一个独立的、封闭的钛材焊接区，焊接时应远离通风口和敞开的门窗，场地应铺设橡胶等绝缘软垫。
3.4 季节性施工技术措施
3.4.1 冬季室外作业应设防风保温棚。
3.4.2雨季室外作业应设防雨棚；当焊缝处潮湿时应用氧-乙炔焰烤干；当焊接环境相对湿度大于80%时应停止焊接。
4 质量检验
4.1 质量检验标准及方法
4.1.1焊接质量检验按照GB50236《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》等标准执行。4.1.2 质量检验标准
4.1.2.1 保证项目
⑴焊材必须符合设计要求。
文件编号：TP-AR-L8424 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编制：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 钛及钛合金焊接工艺分 析正式样本
钛及钛合金焊接工艺分析正式样本 使用注意：该解决方案资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 随着科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高，当前人们逐渐对钛合金焊接技术的应用重视起来。众所周知，钛和钛合金焊接工艺是我们在进行焊接工作中的重点焊接环节，因为钛的比强度相对较高，且钛的耐海水性以及耐低温性也比较高，与此同时，钛也具有无磁透声等和防抗击震动等优点。本文针对当前钛及钛合金焊接形状，对钛及钛合金具体焊接工艺进行详细分析和阐述，希望为我国焊接行业的发展贡献出一份力量。 广义来讲，钛及钛合金是以建筑结构材料形式产生的，同时由于钛及钛合金密度小以及抗拉强度相对
较高等特点现已倍受青睐。而在300摄氏度到500摄氏度的高温状态下，钛合金金属材料仍具有足够高的强度，并且钛及钛合金具有优良抗腐蚀性，被多用于船只建造。 钛及钛合金焊接工艺特点分析 工业纯钛的抗拉强度普遍偏低，要想使得工业纯钛强度达到标准要求，就得对其进行合金元素施加，对工业纯钛进行不同种类元素和不同数量元素的施加会使工业纯钛产生三种不同类型的钛合金。其中，Ti-230材质的钛合金较为常用，一般加力燃烧室滚动轴承通常是由相应支撑环组件和加强环焊接组件共同构成。 钛及钛合金焊接组织和钛及钛合金相关焊接缺陷详述 2.1.钛及钛合金焊接组织
铁铝铜钛合金的焊接方法 低碳钢含碳量少，塑性好，可以制备成各种形式的接头和构件。在焊接过程中，不容易产生淬硬组织，产生裂纹的倾向也很小，同时又不容易产生气孔，它是最好焊的材料。采用气焊、手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等方法焊接低碳钢，都能获得良好的焊接接头。采用气焊时不要长时间加热，否则热影响区的晶粒容易变大。在接头刚度很大，周围气温较低时，应把工件预热到100~150℃，以免产生裂纹。 如何焊接中碳钢? 由于中碳钢含碳量较高，焊缝及其热影响区容易产生淬硬组织而造成裂纹，所以焊前应预热到300℃左右，并且焊后需要缓冷。它可以采用气焊、手弧焊及气体保护焊等方法施焊。焊接材料应选用结506、结507等抗裂纹性能比较好的焊条。 如何焊接铝及铝合金? 铝及铝合金在焊接中特别容易产生比重大、熔点高的氧化膜，这种氧化膜还能吸附大量的水分，因此在焊接中容易产生夹渣，熔合不好和气孔等缺陷，此外铝合金还容易产生热裂纹。焊接铝及铝合金可以采用气焊或手弧焊。但气焊热量不集中，铝传热很快，所以生产效率低，工件变形大，除薄板外很少采用。 目前大量采用交流氩弧焊的方法来焊接铝及铝合金，因为它热量集中，焊缝美观，变形小，有氩气保护，能防止夹渣和气孔。如采用手工电弧焊焊铝，适合4mm以上的厚板。所用焊条牌号为铝109、铝
209、铝309。它们都属盐基型焊条，稳弧性能不好，要求用直流反接电源。 如何焊接钛及钛合金? 钛是非常活泼的元素，在液态和高于600℃的固态下，极易和氧、氮、氢等气体作用，生成有害的杂质，使钛发生脆化。因此，钛及钛合金不能采用氧-乙炔气焊、手工电弧焊或其它气体保护焊，而只能采用氩弧焊，真空电子束焊和接触焊等方法。采用氩弧焊焊3mm以下的薄板，电源用直流正接、氩气纯度不低于99.98%，喷嘴要尽量靠近工件，焊接电流要小，焊接速度要快，焊后一般要进行低温退火处理，以改善结晶组织和消除焊接应力。 如何焊接铜及铜合金? 铜及铜合金的焊接有许多困难，因为它们的导热性特别好，所以容易造成焊不透和熔合不好等缺陷。焊后工件要产生较大的变形，焊缝及熔合区也容易产生裂纹和大量的气孔。接头的机械性能，尤其是塑性和韧性都低于母材。 焊接紫铜可以采用气焊，但效率太低、变形大，而且还要预热到400℃以上，劳动条件也不好。手工电弧焊可用铜107或铜227的焊条，电源用直流反接，电弧尽量压低，采用直线往返形运条法，以改善焊缝成形。 焊后锤击焊缝，以改善焊缝质量。若采用钨极氩弧焊，可获得高质量的焊接接头，并能减少焊件变形。焊丝用丝201，如用紫铜线T2，还要配用焊剂301.电源采用直流正接。焊接对工件和焊丝要认真清
简述钛钢复合板的焊接技术 钛有第三金属”之称，有高的比强度，良好的塑韧性和耐腐蚀性，已被广泛应用在航空航天、造船及化学工业中。正是由于材料本身及焊接的特殊性，以及钛钢复合板焊接属于比较新的施工领域，施工措施还不成熟、不完善，致使现场焊接施工中经常会出现质量问题。 一、焊接方法的选择 由于钛钢复合板基层钢材质为Q235钢，焊接工艺已经相当成熟稳定，因此可用多种焊接方法，焊条电弧焊、CO2气体保护焊以及焊条电弧焊/埋弧焊。但考虑到现场实际施工问题，焊条电弧焊效率比较低，还要专门清理熔渣；采用焊条电弧焊/埋弧焊方法，需要焊条电弧焊打底，增加工序，且由于埋弧焊焊接参数较大容易击穿打底层，焊接质量难以保证，而且热影响区较大，会对附近复合区钛板造成一定负面影响；CO2气体保护焊为半自动化操作，而且减少了中间环节，大大提高了焊接施工效率，有利于保证施工进度和焊接质量。但由于CO2气体保护焊产生的飞溅较大，因此建议使用Ar CO2气体的混合气体。 钛钢复合板焊接采用钨极氩弧焊，施工的关键点在于钛板的焊接。一般现场为钛填条搭接焊，钛填条厚度为1.5mm，钛板厚度为1.2mm。由于钛元素在元素周期表中属于过渡元素，具有一定的化学活性。光洁的钛板在常温下就能与空气中的氧发生反应，并且随温度的升高活性增加，达到250℃时开始吸氢，400℃时开始吸氧，600℃时开始吸收氮元素，与氢、氧、氮元素发生反应，生成各种钛化合物。或溶解于钛晶粒组织中，形成间隙固溶体，改变金属晶格，降低钛板的力学性能和使用性能。为此，在钛板焊接的过程中，必须做好钛板、钛填条、钛焊丝的清理和焊接过程中的防护工作。 二、焊接参数选择 焊接参数选择也会对钛焊缝及热影响区组织产生很大影响。由于钛金属具有熔点高、热容量大和导热性差等特性，如果选择焊接参数较大，热输入量多，会造成高温热影响区较宽，高温停留时间较长，致使焊缝和热影响区晶粒粗大，甚至出现钛板与基层钢互溶。两者互溶所产生的中间化合物是脆性组织，破坏和改变了原有金属晶格，是焊缝中的应力集中点和薄弱环节，增加焊缝脆性，降低了焊缝的塑韧性以及屈服强度、抗拉强度，使钛钢复合板焊缝的力学性能急剧下降。焊缝及热影响区在冷却过程中转变为针状组织，导致焊接接头塑性下降。热输入量过大，如果防护措施不当，焊缝及热影响区暴露于空气中就会导致氧化变色，降低或无法满足使用要求；反之电流过小，则无法保证焊缝熔合性，使热影响区淬硬，不利于氢的逸出，增大了冷裂倾向，而且施工进度比较慢。因此，焊接电流的选择必须合理、实用。现场施工推荐使用电流为110～150A，氩气流量为10～14L/m i n。在钛填条的焊接过程中，焊缝及热影响区的氧化变色及裂纹的产生是经常出现的问题。氧化变色主要是钛表面温度过高，钛元素活性增加，与空气中的氧在接触过程中发生反应。由于氧化程度不同，表现出的表面颜
解决方案编号：YTO-FS-PD488 钛及钛合金焊接工艺分析通用版 The Problems, Defects, Requirements, Etc. That Have Been Reflected Or Can Be Expected, And A Solution Proposed T o Solve The Overall Problem Can Ensure The Rapid And Effective Implementation. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards
钛及钛合金焊接工艺分析通用版 使用提示：本解决方案文件可用于已经体现出的，或者可以预期的问题、不足、缺陷、需求等等，所提出的一个解决整体问题的方案（建议书、计划表），同时能够确保加以快速有效的执行。文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。 随着科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高，当前人们逐渐对钛合金焊接技术的应用重视起来。众所周知，钛和钛合金焊接工艺是我们在进行焊接工作中的重点焊接环节，因为钛的比强度相对较高，且钛的耐海水性以及耐低温性也比较高，与此同时，钛也具有无磁透声等和防抗击震动等优点。本文针对当前钛及钛合金焊接形状，对钛及钛合金具体焊接工艺进行详细分析和阐述，希望为我国焊接行业的发展贡献出一份力量。 广义来讲，钛及钛合金是以建筑结构材料形式产生的，同时由于钛及钛合金密度小以及抗拉强度相对较高等特点现已倍受青睐。而在300摄氏度到500摄氏度的高温状态下，钛合金金属材料仍具有足够高的强度，并且钛及钛合金具有优良抗腐蚀性，被多用于船只建造。 钛及钛合金焊接工艺特点分析 工业纯钛的抗拉强度普遍偏低，要想使得工业纯钛强度达到标准要求，就得对其进行合金元素施加，对工业纯钛进行不同种类元素和不同数量元素的施加会使工业纯钛
材料与人类文明 论文 题目：钛合金在医疗方面的应用班级： 姓名： 学号： 【摘要】
钛是非常常见的物质，海绵钛纯度能达到99.9%。钛合金产品的物理、化学性质十分稳定，不会被人体吸收，与体液和药品接触也不会发生化学反应，也不会电离，也不与人体的肌肉骨骼发生反应，因而被人们称为“亲生物金属”。因为钛具有“亲生物”性，钛在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制造人体髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。 【关键词】 材料钛合金文明生物医疗 【正文】 金属材料是最早用于临床医学的生物医用材料，目前用于外科植入物和矫形器械的金属材料主要包括不锈钢、钴基合金和钛合金三大系列，它们占整个生物材料产品市场份额的40% 左右。其中，钛合金已广泛应用于人体硬组织（包括人体躯干中所有的骨骼和牙齿）的缺损、创伤和疾病等修复、矫形及替代等治疗。20 世纪中叶以来，以钛合金为主的医用金属材料开始在人体硬组织的外科植入及人体软组织（包括心脑血管、外周血管及非血管如肝脏、胆道、尿道等）的介入治疗方面显示出独特而神奇的疗效，而钛合金人工关节、牙种植体、血管内支架和心脏瓣膜等具有中国医疗器械用钛合金材料研发、生产与应用、及典型代表性的医疗器械产品的问世，对医学的发展具有划时代的意义和革命性贡献，使得临床治疗从初级的简单“修复、矫形”治疗上升到更高层次的组织与器官的“替代式”治疗，极大改善和提高了人们的生活质量，克服了以往重大疾病 只能单纯依靠药物治疗的不足。 1.钛合金材料在我国的发展历史 上世纪七十年代初，我国开始采用了国产钛及钛合金制品，在北京多家医院，先后采用钛及钛合金人造骨头与关节用于临床治疗应用和研究，制造的髋关节、肘关节、下颌骨等用于临床治疗病人。同时，一些医院与公司的模拟人体体液的浸泡实验，电化学阳极化实验和腐蚀动力学曲线的测定，证明了钛及钛合金人造骨头与关节用于人体具有优异的耐腐蚀性，生物学反应也很小，是一种理想的人体植入物，对植入人体骨头与关节进行力学性能也经过测定，认为钛及钛合金的强度满足了人体植入物的要求。 上世纪八十年代中期以后，我国钛材用于制造人体植入物的数量增加，其中钛形状记忆合金的开发与应用达到国际先进水平。到了九十年代中期，国产钛及钛合金加工材，在矫形外科、神经外科、心血管系统、口腔颌面外科、人体外培养机等方面广泛应用。近５年，国内一大批企业成为钛及不锈钢等人体植入物生产企业。采用钛及钛合金制造的股骨头、髋关节、肱骨、颅骨、膝关节、肘关节、肩关节、掌指关节、颌骨以及心辨膜、肾辨膜、血管扩张器、夹板、假体、紧固
钛合金焊接工艺 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
关键词：焊接；钛合金；焊丝；氩气；氩弧焊 摘要：本文阐述了钛及钛合金的材料特点及焊接性、并针对钛及钛合金焊接中易产生氧化、裂纹、气孔筹焊接缺陷，进行了焊接性试验。能过对钛及钛合金焊接工艺规范的不断摸索，以及对试验过程出现的问题的合理分析，总结出钛及钛合金焊接工艺特点及操作要领。 一、钛及钛的分类及特点 国产工业纯钛有TA1、TA2、TA3三种，其区别在于含氢氧氮杂质的含量不同，这些杂质使工业纯钛强化，但是塑性显着降低。工业纯钛尽管强度不高，但塑性及韧性优良，尤其是具有良好的低温冲击韧性；同时具有良好的抗腐蚀性能。所以，这种材料多用于化学工业、石油工业等，实际上多用于350℃以下的工作条件。根据钛合金退火状态的室温组织，可将钛合金分为三种类型：α型钛合金、(α+β)型钛合金及β型钛合金。α型钛合金中，应用较多的是TA4、TA5、TA6型的Ti-AI系合金和TA7、TA8型的Ti+AI+Sn合金。这种合金室温下，其强度可达到931N/mm2，而且在高温下（500℃以下）性能稳定，可焊性良好。β型钛合金在我国的应用量较少，其使用范围有待进一步扩大。 二、钛及钛合金的焊接性 钛及钛合金的焊接性能，具有许多显着特点，这些焊接特点是由于钛及钛合金的物理化学性能决定的。 1.气体及杂质污染对焊接性能的影响
在常温下，钛及钛合金是比较稳定的。但试验表时，在焊接过程中，液态熔滴和熔池金属具有强烈吸收氢、氧、氮的作用，而且在固态下，这些气体已与其发生作用。随着温度的升高，钛及钛合金吸收氢、氧、氮的能力也随之明显上升，大约在250℃左右开始吸收氢，从400℃开始吸收氧，从600℃开始吸收氮，这些气体被吸收后，将会直接引起焊接接头脆化，是影响焊接质量的极为重要的因素。 （1）氢是影响氢是气体杂质中对钛的机械性能影响最严重的因素。焊缝含氢量变化对焊缝冲击性能影响最为显着，其主要原因是随缝含氢弹量增加，焊缝中析出的片状或针状TiH2增多。TiH2强度很低，故片状或针状卫HiH2的作用例以缺口，合冲击性能显着降低；焊缝含氢量变化对强度的提高及塑性的降低的作用不很时显。 （2）氧的影响氧在钛的α相和β想中都有有较高的熔解度，并能形成间隙固深相，使用权钛的晶伤口严重扭曲，从而提高钛及钛合金的硬度和强度，使塑性却显着降低。为了保证焊接接应的性能，除了在焊接过程中严防焊缝及焊按热影响区发主氧化外，同时还应限制基本金属及焊丝中的含氧量。 （3）氮的影响在700℃以上的高温下，氮和钛发生剧作用，形成脆硬的氮化钛（riN）而且氮与钛形成间隙固溶体时所引起的晶格歪挪程度，比是量的氧引起的后果更为严重，因此，氮对提高工业纯钛焊缝的抗拉强度、硬度，降低焊缝的塑性性能比氧更为显着。 （4）碳的影响碳也是钛及钛合金中常见的杂质，实验表明，当碳含量为%时，碳因深在α钛中，焊缝强度极限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用强烈。但是当进一步提高焊缝含碳量时，焊缝却出现网状TiC，其数量随碳含量
国内外医用钛及钛合金标准及性能 发布时间：2010-4-17 10:20:42 中国废旧物资网 一、钛在医学中的应用 1、钛作为一种新兴的材料在我国及世界制药工业、手术器械、人体植入物等领域使用已有几十年的历史，并已取得了极大地成功。 2、人体内应外伤、肿瘤造成的骨、关节损伤，采用钛及钛合金可制造人工关节、接骨板和螺钉现已广泛用于临床。还用于髋关节（包括股骨头）、膝关节、肘关节、掌指关节、指间关节、下頜骨、人造椎体（脊柱矫形器）、心脏起搏器外壳、人工心脏（心脏瓣膜）、人工种植牙、以及钛网在头盖骨整形等方面。 3、 对于植入物材料的要求可以归为三个方面：材料与人体的生物相容性、材料在人体环境中的耐腐蚀性和材料的力学性能，作为长期植入材料有下列七项具体要求： ①、耐蚀性; ②、生物相容性； ③、优越的力学性能和疲劳性能； ④、韧性； ⑤、低的弹性模量； ⑥、在组合体中有好的耐磨性； ⑦、令人满意的价格； 4、外科植入物材料主要有：金属、聚合物、陶瓷等，金属材料又包括不锈钢、鈷基合金和钛基合金。 材料性能与骨性能的比较和植入物材料的特性比较见表一和表二。从表二可以看出，不锈钢价格低廉，易于加工，但耐蚀性和生物相容性不如钛合金；鈷鉻合金的耐磨性比钛合金好，但密度较大，太重；钛及钛合金由于比强度高，生物相容性好及耐体液腐蚀性好等特点正日益受到重视。钛合金的不足之处识是耐磨性差、难于铸造，加工性能也差。 二、国内外外科植入物用钛及钛合金加工材标准情况 1、国外外科植入物用加工材标准 纯钛：国际标准化组织 ISO 5832/2 1999E《外科植入物－纯钛加工材》 美国标准：ASTM F67 2006a 《外科植入物用纯钛》 TC4: 国际标准化组织 ISO 5832/3 1996Z 《外科植入物－金属材料－Ti-6Al-4V加工材》ASTM F1472 2002 《外科植入物用Ti-6Al-4V合金加工材》 TC4ELI: ASTM F136 2002a 《外科植入物用Ti-6Al-4VELI（超低间隙）加工材规范》
人工关节材料介绍及其改进 【摘要】本文主要介绍目前主要的人工关节材料（金属材料、陶瓷材料、高分子材料）及它们的改进方法和方向。 【关键词】人工关节材料 【正文】 0.前言 人工关节置换术是二十世纪最成功的骨科手术之一，它让无数患有终末期骨关节疾病的病人重新恢复正常的生活。人工关节是模拟人体关节制成的植入性假体,以代替病变或损伤的关节并恢复其功能。人工关节包括髋、膝、肩、肘、腕、踝等关节,其中以髋关节、膝关节置换为主。但关节置换术后容易出现假体松动、下沉等并发症，严重影响其手术的效果。人工关节使用寿命一般为10-20年。研究表明，由于人工关节材料表面相互摩擦形成的磨屑及随后介导炎症反应引起的骨溶解是人工关节无菌松动的主要原因。因此，降低人工关节面之间的摩擦，减少磨屑的产生可以显著延长人工关节的使用寿命。 1.人工关节介绍 人工关节的材料应具有良好的生物相容性，良好的机械性能，并有很好的耐腐蚀及抗疲劳性等，负重面应耐磨损，同时磨损颗粒不引起严重机体反应。目前尚无任何单一材料能满足上述要求。 1.1金属材料 和其它材料相比，金属材料具有高强度、高韧性、易加工等特点，常用来制作结构复杂和必须承受很大力量的人工关节。 早期的金属材料以不锈钢为主，它具有优良的加工性能和适当的抗压强度，但由于不锈钢在人体内长期放置会导致恶性肿瘤的发生。目前常用的金属材料有316L不锈钢、钛合金（Ti-6A1-4V）、钴铬钼合金（Co-Cr-Mo）及钴镍合金（MP35N）等。钴铬钼合金(Co- Cr-Mo) 与不锈钢相比，具有优良的生物相容性，耐磨性、耐腐蚀性和综合机械性能都比较好，但其不适于机械加工。钛及钛合金相对密度小、弹性模量较低、机械强度高,且耐蚀性和抗疲劳性均优于不锈钢与钴基合金,是人工关节更适宜的金属材料,最常用的钛合金是Ti - 6Al - 4V。 金属材料作为人工关节材料的主要缺点是金属材料人工关节的关节面容易磨损，磨损后的产物导致机体出现不良的生理反应，引起关节周围的一系列组织发炎和关节松动。同时Ti-6Al-4V、钴-铬-钼合金中含有铬、钴等，如果形成离子状态就会对人体产生毒害作用，这些有害金属离子不断积累，当到达一定量时就会产生致癌作用，对机体健康十分不利。 1.2陶瓷材料 陶瓷被应用于人工关节，目前最常用的是Al2O3 和ZrO2 陶瓷。陶瓷材料强度高，耐磨性好，化学稳定性和耐蚀性强；并且陶瓷材料的离子结构可以吸引带极性的液体, 使之均匀地覆盖在陶瓷的表面, 有利于形成流体薄膜润滑效果，这有助于降低在人体中的磨损。陶瓷材料可以在体内保持生物惰性，不会有金属离子析出，特点突出。但陶瓷材料韧性低、脆性大,且弹性模量远大于人体自然骨,故生物力学匹配性差,在使用过程中常出现脆性断裂和骨损伤等。 1.3高分子材料 有机高分子材料（臼）多与陶瓷、不锈钢等高强度材料（人工关节头）结合应用于人工关节的工艺当中。用于人工关节的高分子材料主要有硅橡胶、聚乙烯及超高分子量聚乙烯等。 高分子材料使用早期效果较好，但长期随访病例发现由于其晚期磨损严重，造成人工关节出现晚期松动现象。磨损产生的碎屑迁移到骨水泥/骨界面，因巨噬细胞反应引起骨吸收，导致支撑关节的骨恶化、固定消失、无菌松动产生并最终置换失败。
钛合金焊接通用知识
钛及钛合金 1 物理化学性能 良好的耐腐蚀性能（常温表面形成致密氧化膜），优于不锈钢10倍，在还原性介质中稍差，经氮化处理后增强；比强度大。 工业用量最大的是TC4，其次是工业纯钛和TA7。 纯钛抗拉强度350-700Mpa，伸长率20-30%，冷弯角80-130，具有良好的低温性能，线膨胀系数和热导率小，利于焊接。 钛合金中合金元素分类
工业纯钛在化学工业得到广泛应用，w(Pd)0.2%的钛-0.2Pd合金抗间隙腐蚀能力比工业纯钛好。 TA7（美国称ELI级）具有良好的超低温性能，ONH等间隙元素含量很低，可用于液氢、液氦贮箱和其他超低温构件。 钛合金分为α、β、α+β相，牌号分别为TA、TB、TC。 α型钛合金不能热处理强化，可进行退火消除残余应力； α+β型钛合金可热处理强化，代表合金TC4，淬火-时效处理比退火状态抗拉强度提高180Mpa，综合性能良好，广泛应用于航空航天工业，缺点是淬透性较差，不超过25mm，为此发展了高淬透性和强度略高的TC10。 TB2钛合金是近年研制的高强钛合金，属于亚稳β合金，强度高、冷成形性好、焊接性尚可。Ti-33Mo属于稳定β合金，耐腐蚀非常好。 常用钛及钛合金室温力学性能见表13-3 2 钛及钛合金的焊接性 2.1 间隙元素玷污引起脆化 钛是一种活性金属，常温下与氧生成致密的氧化膜而保持高的稳定性和耐腐蚀性。 540℃以上生成的氧化膜不致密，300℃以上快速吸氢，600℃以上快速吸氧，700℃以上快速吸氮，在空气中容易进行。必须对其焊缝及热影响区进行保护，焊接过程中，要求对其400以上区域进行保护。 O和N间隙固溶于钛，变形抗力增加，强度和硬度增加，塑性和韧性下降。 H含量增加，焊缝金属冲击韧度急剧降低，而塑性下降较少，氢化物引起脆性。 C间隙固溶于α型钛合金中，强度提高，塑性下降，超过溶解度时生成硬而脆的TiC，呈网状分布，易于引起裂纹，焊前应注意清理工件及焊丝上的油污。
钛及钛合金力学性能 ，物理性能，以及相关介绍等 一。以下是个人对外六角螺栓和内六角螺栓使用情况的一点小总结，请参考俺的个人观点： 1。内六角的螺栓,适用于结构空间小,或者要求上平面是平面的情况下。 结构空间小，活动扳手占空间大,所以不能用，只能使用内六角螺栓，方便装卸。 产品要求安装后上平面是平面的情况下，主要适用于精密仪器/设备，一些设备要求安装后平面度的，或者要求整体产品外观良好，或者要求产品安装后上平面必须平，以此来避免挡碍的情况下需要使用内六角螺栓。 2。其他情况下，均建议用外六角螺栓。 3。从成本上考虑，用外六角螺栓，从外观效果上考虑，用内六角螺栓。 4。我们单位一般情况下，将内六角螺栓翻译为内六角螺钉，呵呵，请大家参考，也就是说一般意义上的内六角螺栓=内六角螺钉。当然，德标DIN和ISO 的标准正规些。 现在市场上的该类紧固件都在努力向DIN和ISO标准上靠拢。 二。钛及钛合金 钛及钛合金是导弹上重要结构材料之一。钛的密度为.507g/cm3,介于铝、铁之间。钛的熔点为1668℃比铁的熔点还高，能在高温下工作，耐热性能远超过铝。钛在含氧环境中易形成一层薄而坚固的氧化物薄膜。这层膜和基体结合牢固致密，破坏后还能自愈合，从而起到保护作用。 a.型钛合金
这类合金不能通过热处理强化，一般在退火状态下应用。它的特点是具有良好的耐热性和组织稳定性，低温性能优于其它类型钛合金。缺点是对变形抗力大，常温下强度不够高。 这类合金的牌号有TA1，…，TA7，TA8，其中TA1～TA3为工业纯钛； TA4，TA5，TA6属Ti-Al二元合金；TA4用作焊丝；TA5、TA6可用于一般结构件或耐蚀结构件；TA7是常用的典型型合金。 b.型钛合金 这类合金可通过淬火和时效得到强化，其优点是固溶处理状态下塑性很好，易加工成形，在时效状态下强度高。缺点是弹性模量低，耐热性差，焊接性能差，低温塑性不如型合金。 常用牌号为TB2，它可用于整体式固体火箭—冲压发动机的燃气发生器。 c.（+）型钛合金 这类合金的中国产品的牌号有TC1，…，TC4，…，TC10等品种，其中TC1和TC2为低强钛合金，TC3、TC4为中强钛合金，TC10属高强钛合金，TC6，TC9和TC11则属高强耐热钛合金。这类合金兼备钛合金和钛合金的优点。导弹上使用最多的是TC4（Ti-6Al-4V）钛合金，导弹上广泛的采用TC4钛合金制作高压气瓶，受力较大的杆式焊接支架，舵轴以及在较高热环境下工作的结构件，也可用作固体发动机壳体，压气机盘，叶片等。 (3)结构复合材料 复合材料是由两种或两种以上的性状不同的材料经选择、设计、成型而得到的一种宏观多相新材料。其组分可包括金属、非金属等各种材料，按作用又可分为基体材料和增强材料两部分。 三。钛及钛合金力学性能 牌号室温力学性能，不小于高温力学性能，不小于 抗拉强度σbMPa屈服强度σ0.2
请教: 哪个学校或研究院所可以在钛合金表面采用等离子体的方法喷涂羟基磷灰石涂层,要求厚度在50微米,结合强度在30MPa. 公司去做，他们有一台全进口的等离子喷涂系统。在10年前就已喷过了这个材料的，当时是某大学的4个博士搞的一个课题。他们经常帮外面接活做的，全国都有的，收费也比较合理的 等离子喷涂设备在医学界的应用 等离子喷涂羟基磷灰石涂层-钛基牙种植体 等离子喷涂设备技术特点 ＳＸ-60/80型等离子涂设备是在引进吸收PT-A3000和METCO-9M等离子喷涂设备的基础上研制成功的，其设备总体水平与METCO-9M相当。?热喷涂快速制模?操作简单、工作稳定、燃耗低、涂层性能好的特点。 功能特点：测控温度范围-4.9℃—94.9℃，显示分辨率达到0.1℃，控制灵敏度0.1℃，偏移量范围-0.5℃—10℃，使用AC220V电源输入电压，仪表使用环境：相对湿度≤90%RH，温度在0—45℃无腐蚀防水环境。 等离子喷涂设备成套构成 设备包括：①主电源②控制柜③转接箱④送粉器⑤喷枪⑥热交换器
等离子喷涂功能加工: 等离子喷涂功能加工:1、工业行业--喷涂高性能陶瓷涂层，涂层材料包括氧化铝、氧化铬、氧化钛、硬质合金等。 2、医学界--等离子喷涂羟基磷灰石涂层-钛基牙种植体该产品性能结构由TC4钛合金基体和羟基磷灰石涂层组成。产品适用范围：用于永久性口腔修复中种植牙根。医药行业标准 等离子热喷涂在国民经济中的应用领域 机械制造、机电、航空航天、能源水利电力、矿山冶金、石油化工、市政建设、大型钢结构、、染印、造纸、印刷机滚筒、医学界、建筑汽车镀膜靶材等机械设备热喷涂加工精磨镜面抛光、恢复尺寸修复防腐防磨保护喷涂层、现场施工。 服务与质量承诺： 1、免费包设备安装调试与操作人员培训。设备有质量的安全保用期. 2、我们的质量方针是：“以满意的产品，真诚的服务，鲜明的特色，满足顾客的需求”。 3、企业设有完善的售前售中售后的服务体系，公司还提供保用期后的保养、维修等服务(只收取相应之成本费用)。 4、我们将为您提供热情准确及时到位的服务，努力满足和超越您的期望与需求。请及时与我们联系。 医学界特别注明： 等离子喷涂羟基磷灰石涂层-钛基牙种植体(商品名：BAM牙种植体)产品标准:YZB/国0184-2006 《等离子喷涂羟基磷灰石涂层-钛基牙种植体》,产品性能结构及组成:该产品由植入牙槽骨内的根部及用以装设义齿的基桩所构成。按产品形态可分为圆柱状、螺旋状和叶片状类别，按结构又可分为基桩不可拆卸和基桩可拆卸两种类型。包装为灭菌包装和非灭菌包装。,等离子喷涂羟基磷灰石涂层-钛基牙种植体(商品名：BAM牙种植体) 羟基磷灰石涂层hydroxyapatite coating 利用热喷涂、沉积或烧结等不同方法，在金属、陶瓷或其他材料基体表面上形成的羟基磷灰石(HA)薄层． 等离子喷涂plasma spraying 热喷涂工艺的一种，是使用非转移型电弧作为热源使气体离子化，从而产生高达10 000℃以上的高温，使通过喷枪送人等离子焰的喷涂材料粉料熔融或表面熔融并高速喷射到基体表面上形成涂层的方法． Plasma sprayed hydroxyapatile coated titanium dental implant HA涂层钛合金生物固定型人工髋关节
钛及钛合金焊接工艺分 析 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
钛及钛合金焊接工艺分析随着科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高，当前人们逐渐对钛合金焊接技术的应用重视起来。众所周知，钛和钛合金焊接工艺是我们在进行焊接工作中的重点焊接环节，因为钛的比强度相对较高，且钛的耐海水性以及耐低温性也比较高，与此同时，钛也具有无磁透声等和防抗击震动等优点。本文针对当前钛及钛合金焊接形状，对钛及钛合金具体焊接工艺进行详细分析和阐述，希望为我国焊接行业的发展贡献出一份力量。 广义来讲，钛及钛合金是以建筑结构材料形式产生的，同时由于钛及钛合金密度小以及抗拉强度相对较高等特点现已倍受青睐。而在300摄氏度到500摄氏度的高温状态下，钛合金金属材料仍具有足够高的强度，并且钛及钛合金具有优良抗腐蚀性，被多用于船只建造。 钛及钛合金焊接工艺特点分析 工业纯钛的抗拉强度普遍偏低，要想使得工业纯钛强度达到标准要求，就得对其进行合金元素施加，对工业纯钛进行不同种类元素和不同数量元素的施加会使工业纯钛产生三种不同类型的钛合金。其中，Ti-230材质的钛合金较为常用，一般加力燃烧室滚动轴承通常是由相应支撑环组件和加强环焊接组件共同构成。
钛及钛合金焊接组织和钛及钛合金相关焊接缺陷详述 2.1.钛及钛合金焊接组织 工业纯钛焊接组织和α钛合金组织二者在常温之下的显示状态为单相，但是二者的冷却速度却存在着很大不同，因为其会根据不同的冷却速度进行锯齿状组织生成和针状组织生成。机械性能相对于母材而言并不会发生较大变化，并且其具体焊接性能也非常良好。一般而言，α+β钛合金是从相关β相中加以冷却分解出来的，而在此过程中形成正规马氏体，但α'相数量和α'相形式都是按照钛及钛合金组成和钛及钛合金冷却速度加以进行细节变化的。我们应该知道，当α'相有所增加时，钛及钛合金延伸性以及钛及钛合金韧性就会受其影响而降低，此时Ti-6Al-4V 的焊接性能也会有所下降，虽然β稳定元素钒含量已经处在5%以上。需要强调的是，当马氏体温度低于室内温度时，此时焊接部位始处于亚稳定β相，所以可以确定焊接性能并不会劣化，但是由于元素过多所造成的影响，延伸性性能会在一定程度上得以降低。 2.2.钛及钛合金焊接缺陷分析 钛及钛合金通常会受到O元素和N元素以及C元素等影响致使污染状况发生且会出现脆化，在常温状态下钛及钛合金的状态比较稳定，但温度
钛焊接工艺 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
工业纯钛焊接工艺试验及焊接接头质量控制 齐鲁石化公司检修公司聂振海 钛及钛合金具有比重小，强度高及良好的高、低温性能，它在湿氯气中，氧酸盐、尿素、硝酸、石酸、石炭酸等大多数酸、碱、盐介质中有优异的抗裂性能和耐腐蚀性能，使之成为一种前景广范的新型结构材料，越来越广泛地应用在石油化工、军工、宇航、制药等各个领域。 但是，由于钛在高温下，有很强的化学活泼性，熔点高，热熔量小，导热性差等特点，因此它的可焊性具有与碳钢、普通低合金钢、不锈钢、铝、铜等不同的显着特点。 为了广开生产门路，适应我公司化工生产的需要，我们进行了工业纯钛焊接工艺试验及焊接接头质量控制的专题研修。现简述如下： 一、工业纯钛的种类及性能 工业纯钛的牌号用汉语拼音字母TAx表示。TAD是碘法钛，TA 4—TA 8 、 TB 2、TC 1 ~TC 10 是钛合金。工业纯钛有TA 1 、TA 2 、TA 3 ，其化学成分及常温机械 性能见表1。 工业纯钛的化学成分及板材的室温机械性能表1
钛的机械性能与纯度有关，钛纯度越高，强度越低，但塑性增加。杂质与钛形成脆性化合物，使塑性、韧性急剧降低，因此，钛中杂质受到严格限制。钛与钢、铝、铜的部分物理性能比较见 表2。 钛与钢、铝、铜的部分物理性能比较表2 钛的导热系数小，比热小，电阻系数大，与不锈钢相比在焊接时，所需功率还要小，而且焊透性也较好。 二、工业纯钛的可焊性特点 1、高温下易氧化 工业纯钛的化工性质非常活泼，虽然常温下比较稳定，但在高温下易吸收氢、氧、氮等气体而变脆，使塑性显着下降。 为了防止上述有害气体的污染，在焊接时需要采用特殊的工艺措施。- - -
钛及钛合金焊接方法与研究 现状 洛阳船舶材料研究所 高福洋 廖志谦西北工业大学材料科学与工程学院 李文亚 焊接作为一种重要的金属加工工艺，在工业生产和国防建设中起着重要作用。随着产业结构的变化和科学技术的发展，先进的焊接结构是降低材料消耗，减轻结构质量的有效途径，各种焊接技术有着广阔的应用前景。随着钛工业的发展，其焊接技术也越来越引起人们的重视。 高福洋 硕士研究生，主要从事钛合金焊接工艺研究。 Welding Method and Research of Titanium and Titanium Alloy 钛具有比强度高、耐海水及其他介质的腐蚀、耐低温，以及高温下具有高的疲劳强度、低的膨胀系数、良好的可加工性等优点，用其建造的结构在任何自然环境中都能充分发挥其作用。在舰船应用中，除利用其耐海水腐蚀和高比强度特点外，还有无磁、透声、抗冲击震动等优点，钛及钛 合金在舰船中的使用大大延长了设 备的使用寿命，减轻了重量，提升了设备及整舰船的技术战术性能，因此钛是一种优秀的舰船结构材料[1-3]。 焊接作为一种重要的金属加工工艺，在工业生产和国防建设中起着重要作用。随着产业结构的变化和科学技术的发展，先进的焊接结构是降低材料消耗，减轻结构质量的有效途径，各种焊接技术有着广阔的应用前景。随着钛工业的发展，其焊接技术也越来越引起人们的重视。钛的熔点较高、导热性较差，因此在焊接时易因参数选用不当形成较大的熔池，并且熔池温度高，这使得焊缝及热影响区金属在高温停留的时间较长，晶粒长大倾向明显，使接头塑性和韧性降低，导致产生裂纹。所以钛及钛合金的焊接工艺方法是一个需 要不断解决完善的问题。 钛及其合金焊接特点 1 钛及其合金的物理化学性能 钛具有2种同素异形体，分别以α和β来表示，转变温度为882.5℃，其低温晶体α为密排六方晶格，在882.5℃以上稳定的β晶体为体心立方晶格。 钛的导热性较差，其导热系数比不锈钢略低。当钛中存在杂质时，其导热系数则有所下降。表1列出了工业纯钛与其他金属材料主要物理性能的比较。 2 钛合金的焊接组织 工业纯钛及α钛合金的焊接组织在常温下是单相，根据冷却速度的不同， 生成锯齿状或针状组织。各种
钛及钛合金的焊接 一、前言 随着我国经济的快速发展，钛合金材料得到广泛应用。但由于钛合金是一种化学性质非常活泼的金属，在高温下对氧、氢和氮等气体具有极大的亲和力，特别是在钛焊接过程中，这种能力伴随着焊接温度的升高更为强烈。实践证明，焊接时如果对钛合金与氧、氢和氮等气体的吸收和溶解不加以控制，无疑会给钛合金焊接接头的施焊过程带来了极大的困难。 二、钛的特性对钛焊接的影响 1)氧和氮的影响。氧和氮间隙固熔于钛中，使钛晶格畸变，变形抗力增加，强度和硬度增加，塑性和韧性却降低，焊缝中含焊氧、氮是不利的，应设法避免。 2)氢的影响。氢的增加会使钛的焊缝金属冲击韧性急剧下降，而塑性下降少许，氢化物会引起接头的脆性。 3)碳的影响。常温下，碳以间隙形式固溶于钛中，使强度增加，塑性下降，但不如氧、氮明显，碳量超过溶解度时生成硬而脆的TiC，呈网状分布，易产生裂纹，国标规定钛其钛合金中碳含量不得超过 0.1%，焊接时，工件及焊丝的油污能增加碳含量，因此焊接时需清理干净。 三、钛及钛合金的焊接性 1）气孔的产生。钛及钛合金焊接时最常见的缺陷是气孔，主要产生在熔合线附近。氢是形成气孔的重要原因，在焊接时由于钛吸收氢的能力很强，而随着温度的下降氢的溶解度显著下降，所以溶解于液态金属中的氢往往来不及逸出形成气孔。 2）接头的脆化问题。在常温下，钛与氧反应生成致密的氧化膜，从而使其具有高的化学稳定性与耐腐蚀性。在施焊过程中，焊接温度高达5000～10000℃，钛及其合金与氧、氢和氮发生快速反应。据试验，钛合金在施焊过程中，温度在300℃以上时能快速吸氢，450℃以上时能快速吸氧，600℃以上时能快速吸氮。而当熔池中侵入这些有害气体后，焊接接头的塑性和韧性都会发生明显的变化，特别是在882℃以上，接头晶粒严重粗大化，冷却时形成马氏体组织，使接头强度、硬
人口平均寿命的增加和老龄化的加剧,各种骨与关节疾病,特别是退行性疾病的发病率不断升高以及患者对医疗服务需求的增加极大地刺激了骨与关节外科的发展。近半个世纪以来,随着生物医学工程技术的进步,骨与关节外科的发展更是日新月异。1998年4月,瑞典隆德大学骨科主任、欧洲骨科研究会主席Lars Lidgren教授首先发起并倡议将2000年~ 2010年确定为国际“骨与关节十年”(Bone and Joint Decades)。我国政府对这一倡议也给予了高度重视,并由中华医学会骨科学分会代表中国于2002年10月加入了“骨与关节十年”这一国际性活动,同时正式签署了宣言。在此基础上还成立了中欧骨科学术交流学会(SEOAEC),进一步加强了我国骨与关节外科工作者与国际同行的学术交流。近几年来人工关节置换技术得到了长足的发展,包括材料学、生物力学、假体设计及手术技术等各个方面。本文主要介绍人工关节材料的研究进展。 1人工关节材料的种类 1.1金属材料不锈钢是最早的人体金属植入材料。316L不锈钢是制作医用人工关节比较常用的廉价金属材料,主要用于制作关节柄和关节头[1]。但临床表明316L不锈钢植入人体后,在生理环境中,有时会产生缝隙腐蚀或摩擦腐蚀以及疲劳腐蚀破裂等问题,并且会因摩擦磨损等原因释放出Ni2+、Cr3+和Cr5+,从而引起假体松动,最终导致植入体失效[2]。因此,对316L不锈钢而言,提高耐腐蚀性是关键。 钴基合金通常指Co-Cr合金，在人工关节制作方面有着广泛的应用。美国材料实验协会推荐了4种可在外科植入中使用的钴基合金,它们是:锻造Co-Cr-Mo合金(F76),锻造Co-Cr-W-Ni合金(F90),锻造Co-Ni-Cr-Mo合金(F562),锻造Co-Ni-Cr-Mo-W-Fe合金(F563)。其中锻造Co-Cr-Mo合金和锻造Co-Ni-Cr-Mo合金已广泛用于植入体的制造[3]。ISO 允许用于制作人工关节部件的钴基合金已达到6种,这充分说明钴基合金在人工关节制作方面有着广泛的应用。临床实践证实钴基合金具有很高的强度和优异的抗腐蚀性,无明显毒副作用。 Ti-Ti合金因其生物相容性好以及良好的综合机械性能,在人体植入材料当中得到了广泛的应用。20世纪50年代美国和英国首先将纯钛用于生物体。我国首先由北京有色金属研究总院与天津市骨科医疗器械厂生产的钛人工股骨和髋关节于1973年用于临床。后来发现Ti-6Al-4V合金的性能优于纯钛,因此,Ti-6Al-4V合金作为人体植入材料得到了广泛应用。Ti-6Al-4V合金的生物相容性比不锈钢和Co-Cr-Mo 合金都要强,耐蚀性好,其弹性模量与骨骼接近,且密度小(4.51g/cm3),可用于人工关节及骨科内固定器的制造[4]。由于钒能引起慢性炎症、铝离子与无机磷结合,使体内缺磷,将诱发老年痴呆症等。且其弹性模量为骨弹性模量的4～10倍，种植体与骨弹性模量之间的不匹配,使得载荷不能由种植体很好地传递到相邻骨组织,出现“应力屏蔽”现象,从而导致种植体周围出现骨吸收,最终引起种植体松动或断裂。因此,开发研究生物相容性更好、弹性模量更低的新型医用β钛合金,成为生物医学金属材料研究的重点。 1.2有机高分子材料用于人工关节制备的典型高分子材料有硅橡胶、聚乙烯和超高分子量聚乙烯等。聚乙烯首先用于人工关节,随后采用了性能更好的超高分子量聚乙烯,较好地改善了人工关节的摩擦磨损问题,延长了使用寿命。但经长期随访病例显示:聚乙烯晚期的磨损问题相当严重。Charnley 等采用放射法测定Charnley型髋臼假体内面的磨损率为0.1～0.19mm/年,这相当于每年每个关节产生2×107～4×1010个小于10μm的超高分子量聚乙烯碎屑,这些碎屑可引起人工关节周围的骨溶解等现象。McCoy等提出,髋臼磨损是磨损诱导骨溶解的强力指示,他在测量了35个Charnley型全髋臼杯厚度后发现其中27个发生了磨损,这些出现磨损的病例股骨距平均吸收了512mm。Agins报道了68例有股骨距吸收的人工髋关节术后病例髋臼磨损情况,发现其中40例X线检查显示聚乙烯磨损[5]，表明聚乙烯磨损与假体松动密切相关。1.3陶瓷材料整体或重要部分使用了生物陶瓷材料的人工关节统称陶瓷人工关节。以氧化铝和氧化锆为主的陶瓷配伍假体大量应用于临床。高纯Al2O3生物陶瓷主要用于关节头和关节臼的制备,羟基磷灰石(HA)主要用于人工关节柄部的涂层。1972年Boutin首先报道了用Al2O3陶瓷制作的人体髋关节在生理和摩擦学方面的优越性及其在临床上的应用。高纯Al2O3陶瓷化学性能稳定,生物相容性好,呈生物惰性;其硬度高,耐磨性能好,磨损率比其它材料小。一项500000例现代陶瓷股骨头关节的随访表明,其碎裂发生率为0.004%，即使发生率再升高,其断裂率仍然远远低于股骨金属柄0.27%的断裂率。但Al2O3陶瓷属脆性材料,其抗折强度和抗冲击韧性较低;其弹性模量远高于人体骨,与骨匹配性差,在使用过程中会出现脆性破坏和骨损伤。 人工关节材料的研究进展 陈铁柱李晓声 作者单位：421001湖南衡阳，南华大学在读硕士生（陈铁柱，工作单位为湖南省人民医院）；湖南省人民医院（李晓声）
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 钛及钛合金焊接工艺分析(标准 版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
钛及钛合金焊接工艺分析(标准版) 随着科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高，当前人们逐渐对钛合金焊接技术的应用重视起来。众所周知，钛和钛合金焊接工艺是我们在进行焊接工作中的重点焊接环节，因为钛的比强度相对较高，且钛的耐海水性以及耐低温性也比较高，与此同时，钛也具有无磁透声等和防抗击震动等优点。本文针对当前钛及钛合金焊接形状，对钛及钛合金具体焊接工艺进行详细分析和阐述，希望为我国焊接行业的发展贡献出一份力量。 广义来讲，钛及钛合金是以建筑结构材料形式产生的，同时由于钛及钛合金密度小以及抗拉强度相对较高等特点现已倍受青睐。而在300摄氏度到500摄氏度的高温状态下，钛合金金属材料仍具有足够高的强度，并且钛及钛合金具有优良抗腐蚀性，被多用于船只建造。 钛及钛合金焊接工艺特点分析
工业纯钛的抗拉强度普遍偏低，要想使得工业纯钛强度达到标准要求，就得对其进行合金元素施加，对工业纯钛进行不同种类元素和不同数量元素的施加会使工业纯钛产生三种不同类型的钛合金。其中，Ti-230材质的钛合金较为常用，一般加力燃烧室滚动轴承通常是由相应支撑环组件和加强环焊接组件共同构成。 钛及钛合金焊接组织和钛及钛合金相关焊接缺陷详述 2.1.钛及钛合金焊接组织 工业纯钛焊接组织和α钛合金组织二者在常温之下的显示状态为单相，但是二者的冷却速度却存在着很大不同，因为其会根据不同的冷却速度进行锯齿状组织生成和针状组织生成。机械性能相对于母材而言并不会发生较大变化，并且其具体焊接性能也非常良好。一般而言，α+β钛合金是从相关β相中加以冷却分解出来的，而在此过程中形成正规马氏体，但α'相数量和α'相形式都是按照钛及钛合金组成和钛及钛合金冷却速度加以进行细节变化的。我们应该知道，当α'相有所增加时，钛及钛合金延伸性以及钛及钛合金韧性就会受其影响而降低，此时Ti-6Al-4V的焊接性能也会有所下降，