钛材料焊接技术图文稿

金属材料焊接技术——如何焊接钛合金材料钛及钛合金由于密度小、强度高、耐热耐腐蚀性能优异而广泛地应用于航空航天、石油化工、造船等部门。

目前高性能的飞机、坦克正在采用钛合金部件，而且在石油化工部门中钛合金部件使用的范围也正在逐渐扩大。

而钛合金在飞机及其发动机和石油化工部门上的应用，不可避免需要使用焊接手段进行连接，这对扩大钛合金的应用范围具有重要的意义。

本次富士康富贸商城的小编主要介绍钛合金焊接过程中需要注意的一些问题，以期引起同行的注意。

一、钛合金的焊接性大多数钛合金可以使用氧乙炔焊的方法进行焊接，并且所有的钛合金均可以使用固态焊接方法进行焊接(如TIG、MIG、等离子弧焊、激光和电子束焊接)。

事实上，钛合金焊接接头发生裂纹的倾向性要比黑色金属(如铁合金、镍合金) 小得多。

尽管钛合金具有如此良好的性质和其他一些优异的焊接特性，一些工程师们仍然认为钛合金的焊接是相当困难的，主要在于钛合金焊接对于气体保护的要求特别高，一般只有非常专业的人员才能保证气体保护符合要求。

实际上，许多焊接手段均可以用来焊接钛合金。

由于在焊接过程中引入的空气的N2 、O2 和含碳物质使得钛合金的熔化焊接头变脆，因此待焊区一定要清理干净并使用惰性气体保护。

焊接材料基本上也是根据被焊材料的特性进行选取的。

钛合金的焊接性一般根据焊接接头的延展性和强度来评价。

常见钛合金的焊接性如表所示。

关于钛合金的激光焊接目前的应用趋势是越来越广泛，激光焊接的变形小，生产效率高，而且实现自动化的程度比电子束和TIG 要高。

同电子束焊接相比，激光焊不需要真空室等复杂的设备，所以激光焊接实用性更强，而且激光焊可以以不同焊接状态直接焊接。

CO2激光由于功率大，使用25kW/h 可以一次性焊透20mm厚的钛板。

Nd：YAG激光由于可以使用光纤进行能量传输而使得YAG 的焊接更具灵活性，但由于功率低而使得穿透深度受到限制。

激光焊接时容易产生飞溅，这样就使得表面不清洁，在不能进行焊后处理时一定要特别小心。

钛材料的焊接分析一、钛材料的特性分析钛及钛合金分类工业纯钛：TA1、TA2、TA3。

钛合金：α钛合金、β钛合金、α+β钛合金。

钛材性能优异、质量小（密度4.51g/cm3），强度高，耐腐蚀性优良，低温性能好，在海水和大多数酸、碱、盐介质中均有优良的抗腐蚀性能，在尿素生产中，其耐腐蚀性比超低碳奥氏体不锈钢还高10倍。

钛制品的焊接特点钛设备焊接极易氧化、氮化和脆化。

①在400℃时即开始大量吸氢，氢是钛最有害的元素之一，使钛的塑性与韧性降低，导致脆裂，在冷却时，氢来不及逸出而产生气孔，故一般要求钛材中含量小于0.01％～0.15％，若母材含氢量大，则应预先进行脱氢处理。

②钛在600℃以上就会急剧地和氧、氮化合，生成TiO2和TiN（硬度极大），使焊接接头的塑性和韧性下降，并会引起气孔和裂纹缺陷。

③当加热到800℃以上，TiO2即溶解于钛中并扩散深入到金属钛的内部组织中，形成0.01～0.08mm厚的中间脆性层。

温度越高，时间越长，氧化、氮化也越严重，焊接接头的塑性急剧下降。

要求钛中含氧量小于0.1％～0.15％，钛还极易与碳形成脆性的碳化物，降低塑性和可焊性。

④熔点高，1608～1725℃，热容量大，导热性差，焊接接头容易过热，晶粒粗大，尤其是β钛合金，焊接接头塑性下降最明显，若为结构刚性大的工件，在焊接应力的作用下还会导致产生裂纹。

⑤钛在氢和残余应力作用下，可能出现冷裂纹，必须严格控制焊接接头中的氢含量。

钛一旦沾染铁离子，即变脆，这是促使钛材产生裂纹的重要原因之一。

钛材焊接变形较大，校正困难。

二、影响钛材焊接质量的因素1.气体杂质对焊缝金属性能的影响钛具有很高的化学活泼性，与空气中的氧、氮有极高的亲和力。

在较低的温度下，钛与氧相互作用生成一层致密的氧化膜，随着温度的提高，氧化膜的厚度随之增厚，超过600℃钛开始吸氧并使氧溶解到钛中。

温度再高，钛的活性就会急剧增加并与氧发生激烈反应而生成钛的氧化物。

钛在300℃以上开始吸氢，在700℃以上开始吸氮。

钛合金点焊工艺研究2011-05-17来源：慧聪网访问量：69我要评论(0) 字号：T|T 今日风向标 | 五金面面观 | 热点专题今日导读“第二届新春短信祝福大赛【机电在线讯】“新年前的等待，无祝福不过年”，喜迎2…原创不足？矿山机械行业新闻营销需创新从龙年春晚舞台灯光渲染看今年建筑照明设计机电在线助力企业新闻营销凸显电商价值中国航天科技集团公司空间技术研究院518研究所杨俊平摘要：本文介绍了TB2钛合金电阻点焊工艺试验过程，确定了合理的点焊工艺参数。

对其接头成形特点、组织特征进行了分析，并对接头进行力学性能试验。

结果表明，只要焊接工艺合理，采用电阻点焊焊接TB2钛合金板材（2mm +0.8mm）效果良好，可以达到Ⅰ级焊缝要求。

关键词：TB2；电阻点焊；工艺；试验1 前言TB2，名义成分Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al，是我国自行研制的一种新型材料, 属于亚稳定β型钛合金，该合金在固溶状态下具有优异的冷成形性能和良好的焊接性能，在固溶时效状态下具有高的强度和良好的塑性匹配，是航空、航天、国防工业中很有发展前途的一种钛合金。

本试验通过对TB2合金电阻点焊的工艺研究，旨在探讨组织性能良好的点焊工艺，确定合理的TB2 电阻点焊工艺流程及其工艺规范。

2 点焊试验2.1 试验材料试验所选用的TB2钛合金，电阻率大，导热性差，高温强度稍低，点焊规范与不锈钢大致相当，且材料热敏感性高，即使缩短通电时间也有严重的晶粒长大，影响材料的力学性能。

其化学成分见表1。

2.2 试验方案根据点焊试验对接接头的要求以及拉剪试验对钛板的尺寸要求，设计接头型式如图1所示。

其中，图1a的接头用于测试工艺参数以及进行撕裂试验，图1b则是根据拉剪试验对钛板的尺寸要求设计的。

对两种不同厚度的试板进行搭接点焊, 其组合为0.8mm+2.0mm接头，焊点直径设计为5mm。

其中试板宽度B=20mm, 试板长度L=100mm，搭接长度t=8mm。

钛及钛合金的焊接工艺一、常用钛及钛合金及其分类钛是一种活性金属，常温下能与氧生成致密的氧化膜而保持高的稳定性和耐腐蚀性。

钛及钛合金的最大优点是比强度大，综合性能优越。

钛合金首先在航空工业中得到应用，钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能；在化工、海水淡化、电站冷凝器等方面成功应用。

钛及钛合金按其退火态的组织分为α钛合金、β钛合金、α＋β钛合金三类，分别用TA、TB和TC表示。

在压力容器制作中，牌号为TA2的工业纯钛使用居多，使用状态一般为退火态。

二、钛及钛合金的焊接性1、间隙元素沾污引起脆化由于钛的活性强，高温下钛与氧、氮、氢反应速度很快。

氧和氮固溶于钛中，使钛晶格畸变，强度硬度增加，塑性韧性降低；而氢含量增加，焊缝金属的冲击韧性急剧降低，塑性下降较少；碳以间隙形式固溶于钛中，使强度提高，塑性下降，作用不如氮、氧显著，但碳量超过溶解度时，易于引起裂纹，因此钛及钛合金焊接时必须进行有效的保护。

2、焊接相变引起的性能变化对于常用的工业纯钛，其组织为α合金，这类合金的焊接性最好。

在用钨极氩弧焊填加同质焊丝或不加焊丝，在保护良好的条件下焊接接头强度可与母材等强度，接头塑性较差。

焊接接头塑性降低的主要原因有：①焊缝为铸造组织，它比轧制状态塑性低；②焊接时由于导热性差、比热小、高温停留时间长、冷却速度慢，易形成粗晶；③若采用加速冷却，又易产生针状α组织，也会使塑性下降。

3、裂纹由于钛及钛合金中杂质很少，因此很少出现热裂纹，只有当焊丝或母材质量有问题时才可能产生热裂纹。

由氢引起的冷裂纹是钛合金焊接时应注意防止的，例如选用氢含量低的焊接材料和母材，注意焊前清理，在可能的条件下，焊后进行真空去氢处理等。

4、气孔气孔是钛及钛合金焊接时最常见的焊接缺陷。

在焊接热输入较大时，气孔一般位于熔合线附近；而焊接热输入较小时，气孔则位于焊缝中部。

气孔主要降低焊接接头的疲劳强度，能使疲劳强度降低一半甚至四分之三。

影响气孔的主要因素是焊丝和坡口表面的清洁度，焊丝表面的润滑剂、打磨时残留在坡口表面的磨粒、薄板剪切时形成的粗糙的端面等等都可能使焊缝产生气孔。

钛及钛合金的焊接１．焊接性分析（１）间隙元素沾污引起脆化钛在高温下有很强的化学活泼性。

钛在300℃以上快速吸氢，600℃以上快速吸氧，700℃以上快速吸氮。

所以钛在焊接过程及焊后冷却过程中若得不到有效保护，必然引起塑性下降，脆性增加。

一般钛材中碳的质量分数控制在0.1%以下。

碳超过其溶解度时生成硬而脆的TiC，呈网状分布，容易引起裂纹。

（２）热裂纹由于钛及钛合金杂质含量少，故不易产生热裂纹，但如果焊丝质量不合格，特别是焊丝存在裂纹、夹层等缺陷，存在大量杂质时，则可能引起焊接热裂纹。

（３）热影响区可能出现延迟裂纹焊接时由于熔池和低温区母材中的氢向热影响区扩散，引起热影响区氢的聚集，在不利的应力条件下会引起裂纹。

（４）气孔气孔是焊接钛及钛合金时最常见的缺陷。

一般有两类，焊缝中部气孔和熔合线气孔。

在焊接线能量较大时气孔一般位于熔合线附近。

焊缝气孔的形成原因主要在于焊接区，特别是由于对接端面被水分、油脂污染所致。

２．焊接工艺（1）焊接方法焊接方法采用GTAW，采用直流正接，使用带有高频引弧和衰减熄弧装置的焊机。

（2）焊接材料焊丝的选用应使在正常焊接工艺下的焊缝在焊后状态的抗拉强度不低于母材退火状态的标准抗拉强度下限值，焊缝焊后状态的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，能满足制造和使用的要求。

选择的焊丝为ERTi-2，其化学成份见表1。

表1 ERTi-2焊丝的化学成分焊丝牌号化学成分（质量分数）%ERTi-2杂质不大于Ti Fe C N H O 余量0.300.100.050.0150.25保护气体的选用：焊接用氩气纯度不应低于99.99% ，露点不应高于-40℃ ，当瓶装氩气的压力低于0.981MPa 时不宜使用。

对焊接熔池及焊接接头内外表面温度高于400℃的区域均采用氩气保护。

（3）焊前准备1）应采取有效的措施避免在焊接过程中出现钢与钛互溶，焊接场地洁净，避免使用铁制工具。

β 钛合金的焊接性不良。
⑷α+β 钛合金 钛中加入了 Al、Se、Mo、Mn、Cr 等元素，牌号为 TC1、TC2。可通过热处理如化， 加工性能良好，但高温强度低于 α 钛合金。
α+β 钛合金焊接性很差，很少用于焊接结构。
84 试述钛及钛合金的焊接性。
⑴化学活性大 钛和钛合金不仅在熔化状态，即使在 400℃以上的高温固态也极易被空气、水分、油脂、 氧化皮等污染，吸收 O2、N2、H2、C 等元素，使焊接接头的塑性及冲击韧度下降，并易引起气孔。因 此，施焊时对焊接熔池、焊缝及温度超过 400℃的热影响区都要妥善保护。
焊接速度（mm/min）
250
250
250
喷嘴内径（mm）
14～16 14～16
16～20
焊枪
7
7
10
氩气流量
保护罩
14
14
23
（L/min）
衬垫
2
2
2.5
300 14～16
7 18 2.5
300 16～20
10 23 3
250 16～20
10 23 3
87 试述钛及钛合金熔化极氩弧焊的焊接工艺。
钛及钛合金的焊接
83 试述钛及钛合金的分类及特性。 钛是一种非磁性材料，具有密度小（4.5g/cm3）、强度高（比铁约高 1 倍）、较好的高温强度和低温 韧性以及良好的耐腐蚀性等特点。钛在 885℃以下时，具有密集六方晶格称为 α 钛。在 885℃产生同 素异晶转变，晶格变为体心立方晶格称为 β 钛。钛长时间在高温停留，晶粒容易长大，快速冷却时，容 易生成不稳定的针状 α 钛组织称为“钛马氏体”，其强度较高，塑性较低。
⑵热物理性能特殊 钛和钛合金和其它金属比较，具有熔点高、热容量较小、热导率小的特点，因此焊 接接头易产生过热组织，晶粒变得粗大，特别是 β 钛合金，易引起塑性降低，所以在选择焊接参数时， 既要保证不过热，又要防止淬硬现象。由于淬硬现象可通过热处理改善，而晶粒粗大却很难细化，因此 为防止晶粒粗大，应选择硬参数。

配合其他 保护措施以 增强保护效 果
钛及钛合金手工TIG焊的工艺参数
板 坡 钨极 焊丝 焊接 焊接 氩气流量/(L/min)
厚 口 直径 直径 层数 电流
/m 形 /mm /mm
/A 主喷嘴 拖罩
背面
m式
喷嘴 孔径
/mm
0． I形 1． 1．0 1
5
5
30～5 8～10 14～16 6～8 10 0
③焊前工件及焊丝应仔细清理。
④根据不同的母材及性能要求，正确选择焊丝规范及焊后 热处理。
⑤施焊时应加强保护：T > 400℃时熔池采用Ar2保护，焊 正面时，背面也要Ar气保护。
1.氩气流量 2.气体保护 3.工艺参数
工业纯钛焊缝表面颜色与接头冷弯角的关系
焊缝表面颜 温度
色
/℃
保护效 果
银白色 金黄色
2.焊前准备 一.焊前清洗
• 1．机械清理
• 可用细砂布或不锈钢丝刷擦拭，或用硬质合金刮刀刮削待焊边缘，刮削 0.025mm即可去除氧化膜。然后用丙酮、四氯化碳或甲醇等溶剂去除坡 口两侧的手印、有机物质及焊丝表面的油污等
• 2．化学清理
• 如果钛板热轧后已经酸洗，存放中又生成新的氧化膜时，可在质量分数 为2％-4％的HF+质量分数为30％-40％的HN03 + H20 溶液中浸泡 15-20min，然后用清水冲洗干净并烘干。
钛及钛合金的焊接工艺
10材控1
李萧
5.3.3钛及钛合金焊接工艺
（1）焊接方法及焊接材料
钛及钛合金的性质活泼，溶解氮、氢、氧的能 力很强，常规的焊条电弧焊、气焊、CO2气体保 护焊不适用于钛及钛合金的焊接。用于钛及钛合 金的主要焊接方法及其特点见表5-37。应用最多 的是钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊，等离子弧焊、 电子束焊、钎焊和扩散焊等也有应用。

2、钛及钛合金焊接特点
焊接裂纹： 熔点高，热容量大，导热性差，形成的熔池大，焊缝和热影响区金属 高温停留时间长，晶粒长大，降低接头塑性和韧性，易于产生焊接裂 纹。 O、H、N多时，焊缝和HAZ变脆，易于产生冷裂纹，延迟裂纹 焊缝气孔： 氩气、母材、焊丝中O2、N2、H2、CO2、H2O都可以引起气孔 其中H是形成气孔的组要气体。 措施：加强清理（机械清理和化学清理），缩短焊接时间，良好的焊接 工艺等。
2、钛及钛合金焊接特点
国外在20 世纪50年代就开始进行研究. 美国在1956 年第一次对钛与钢直接进行点焊,由于接头发脆没有成功。 一般认为铁在α-Ti 中溶解度极小,这样在钛-铁焊缝中除了有铁在α-Ti 中的固溶体外,还形成了脆性的TiFe 型-金属间化合物,这些相的硬度 达Hv600 ,有的甚至到Hv800～1050 ,致使焊缝发脆,在冷却过程中形 成裂纹,TiFe 型及TiC 等脆性相是导致焊缝开裂的主要原因。 为使钛与铁能焊在一起,必须在焊接过程中避免产生这些脆性相,解决 这个问题的途径可以归纳为以下几种: (1) 用一种与钛、铁两元素能形成连续的或宽范围固溶体的金属来直接 进行焊接; (2) 用一种或两种与钛、铁两元素有好的可焊性的金属作为中间填料, 使钛与钢间接地焊接起来; (3) 采用低于钛、铁熔点的焊接方法。
1、钛合金特点、分类及性能 钛合金
钛合金：加入Al、稳定相，中性元素Sn、Zr。 加入Al 5％，再结晶温度600 ——800 ，耐热性提高，减少H的敏感性， 过多（7％），Ti3Al相——脆性。 钛合金高温强度高、韧性好，抗氧化能力强，焊接性好，组织稳定， 但加工性比钛合金和＋钛合金差，不同进行热处理强化，只是 600 ℃——700 ℃退火消除加工硬化， 500 ℃——600 ℃不完全退火消除 焊接残余应力。 钛合金：含有稳定元素，含Mo、V、Cr。通过时效热处理，单一 相加工性能良好，但高温性能差，焊接性很差，易于形成冷裂纹，焊接 结构中很少用。

钛及钛合金焊接工艺分析示范文本In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of EachLink To Achieve Risk Control And Planning某某管理中心XX年XX月钛及钛合金焊接工艺分析示范文本使用指引：此解决方案资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。

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。

钛材焊接技术交底A1、编制说明本技术交底适合于精己二酸室外600#钛材工艺管线焊接部分。

2、编制依据钛材焊接施工方案3、工程概况600#硝酸浓缩工段有56米钛材管线，共有122道口，合计666个焊接当量，公称直径DN15-500mm，厚度2-5mm。

4、焊接施工程序坡口打磨脱脂处理组对清洗坡口外表面焊接外观检查（硬度、颜色）不合格返修表面处理无损检测整理资料5、施工方法及技术要求2.1焊接材料钛材之间焊接材料选用TA2。

2.2施工方法采用手工钨极氩弧焊焊接的施工方法。

2.3对焊工要求从事钛管道焊接的焊工必须按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》规定的JB4745钛制压力容器的要求进行考试，并取得相应的施焊资格。

2.4焊接工艺要求（1）管子的堆放应有专用场所，场内应保持清洁。

（2）管子切割和坡口加工宜用机械方法，在切割过程中用冷水浇管子的切割的部位以防止管子表面温度过高而发生过热变色。

（3）表面应平整，不得有裂纹、重皮、并应清除毛刺、凸凹、缩口、熔渣及氧化物；（4）切口平面最大倾斜偏差为管子直径的1%，且不得超过3mm。

（5）焊接接头组对前，坡口及其两侧各50mm以内的内外表面及焊丝表面应清除油污，并用细挫或奥氏体不锈钢丝刷、铣刀等机械方法清除氧化膜、毛刺和表面缺陷，清理工具应专用，并保持清洁；在坡口25mm范围内不得有油漆、毛刺、锈斑、氧化皮。

（6）定位焊焊缝两端，宜磨成缓坡形。

（7）壁厚相同的管子或管件组对时应内壁齐平，对口错边量不应超过壁厚的10%，且不应大于1mm。

（8）定位焊应与正式焊接工艺相同。

定位焊的焊缝长度宜为5—10mm，高度不应超过2/3，焊点数应根据管径和壁厚确定。

(9)工业钛管钨极氩弧焊应采用直流电源、正接法。

(10)在保证熔透成型良好情况下选用小线能量焊接，控制层间温度应低于200℃。

(11)采用管内充氩气保护，管内应提前充氩，排净空气。

焊接时采用高频引弧，焊接过程中电弧应保持稳定防止夹钨极现象。

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2、钛合金焊接性分析
钛是较难焊接的金属，极易氧化、氮化、脆化。 接头脆化
常见的焊接缺陷主要有3种 裂纹
气孔
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3、钛合金传统焊接方法
钛合金传统焊接方法主要是TIG焊，TIG焊由于在施 焊过程中焊缝受到惰性气体的保护，不易与空气接 触，焊缝基本能够满足使用要求。但是钛合金高温 活性强，所以热影响区处于高温的部分容易吸收空 气中的氮、氧等元素，从而造成接头性能下降。这 也是钛合金焊接接头热影响区成为薄弱部位的重要 原因。
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4、合金焊接新方法
4.1、电子束焊（EBW） 电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中 的焊件所产生的热能进行焊接的方法。
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4、钛合金焊接新方法
4.2、激光焊（LBW） 激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行 焊接的一种高效精密的焊接方法。
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4、钛合金焊接新方法
4.3、搅拌摩擦焊（FSW） 摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端 部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法 。
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5、钛合金焊接展望
随着我国大力发展航空航天事业，钛合金正得到越来 越广泛的应用，焊接作为一种重要的制造技术在钛合 金的应用中起到重要作用。目前钛合金的焊接技术以 熔焊为主，由于钛合金特殊的物理性能，要求焊接热 源能量集中密度高，所以像电子束焊、激光焊等高能 束流焊接将是今后钛合金焊接重点研究领域。搅拌摩 擦焊已被证明为焊接钛合金的可取方法，但是对其研 究还较少，进一步系统详实的研究是未来焊接工作者 研究重点。

2.8.1氧的影响 氧在α相和 β相中有很高的溶解度，形成间隙固溶体，使钛的
晶格严重扭曲，从而提高硬度和强度，而塑性却显著降低。 为保证焊接接头的性能，除了在焊接过程中严防焊缝及热影
响区发生氧化外，还应限制基体金属及焊丝中的含氧量。 2.8.2 氮的影响
在700℃以上，氮与钛发生剧烈作用，形成脆硬的氮化钛，剧 烈的提高钛的变形抗力，降低钛的塑性，比氧更严重。
2.3 纯钛耐蚀性能：
钛的标准电极电位很低(E=－1.63V)，但钛的致钝电位亦低，故钛容易 钝化。
常温下钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜，它在大气及 许多浸蚀性介质中非常稳定，具有很好的抗蚀性。
在大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有 机酸中，其抗蚀性相当于或超过不锈钢，在海水中耐蚀性极强，可与 白金相比，是海洋开发工程理想的材料。
⑵导热系数小：钛的导热系数小，是低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。
⑶无磁性，无毒：钛是无磁性金属，在很大的磁场中不被磁化，无毒且与人体 组织及血液有很好的相容性。
⑷抗阻尼性能强：钛受到机械振动及电振动后，与钢、铜相比，其自身振动衰 减时间最长。
⑸耐热性佳：因熔点高，使得钛被列为耐高温金属。
⑹耐低温：可在低温下保持良好的韧性及塑性，是低温容器的理想材料。
2.6杂质元素对钛性能的影响
杂质元素主要有氧、氮、碳、氢、铁和硅
前四种属间隙型元素，后二种属置换型元素，可以固溶在α相或β相 中，也可以化合物形式存在。
钛的硬度对间隙型杂质元素很敏感，杂质含量愈多，钛的硬度就愈 高，屈服点、抗拉强度增加，延长率降低。
例如：钛板纯度从99.9%~降低至99%，抗拉强度从 245MPa增加到656.6MPa

钛及钛合金的焊接一钛的十大性能1 密度小,比强度高金属钛的密度为4.51g/cm3,高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度位于金属之首。

2、耐腐蚀性能钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。

但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。

这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。

即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。

这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。

介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。

为了提高钛的耐蚀性，研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处理等表面处理技术，对钛的氧化膜起到了增强保护性作用，获得了所希望的耐腐蚀效果。

针对在硫酸、盐酸、甲胺溶液、高温湿氯气和高温氯化物等生产中对金属材料的需要，开发出钛-钼、钛-钯、钛-钼-镍等一系列耐蚀钛合金。

钛铸件使用了钛-32钼合金，对常发生缝隙腐蚀或点蚀的环境使用了钛-0.3钼-0.8镍合金或钛设备的局部使用了钛-0.2钯合金,均获得了很好的使用效果。

3、耐热性能好新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。

4、耐低温性能好钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。

在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。

5、抗阻尼性能强金属钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。

利用钛的这一性能可作音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。

6、无磁性、无毒钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相溶性，所以被医疗界采用。

7、抗拉强度与其屈服强度接近钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。

钛材料焊接技术钛材专家为您解读钛材焊接技术一．影响钛材焊接质量的因素1.气体杂质对焊缝金属性能的影响钛具有很高的化学活泼性，与空气中的氧、氮有极高的亲和力。

在较低的温度下，钛与氧相互作用生成一层致密的氧化膜，随着温度的提高，氧化膜的厚度随之增厚，超过600℃钛开始吸氧并使氧溶解到钛中。

温度再高，钛的活性就会急剧增加并与氧发生激烈反应而生成钛的氧化物。

钛在300℃以上开始吸氢，在700℃以上开始吸氮。

氧和氮对钛污染的结果是使钛强度和硬度增高而塑性降低。

氮比氧的影响程度更大，氢在钛中含量从0.01%～0.05%会使焊缝金属的冲击韧性急剧下降，而塑性却下降较少。

这是氢化物引起的脆性，即所常说的“氢脆”。

氢也是引发焊缝产生气孔的根源。

熔化焊接过程中，熔池像一个小冶金炉，熔融金属暴露在大气中。

如果不采取相应的防护措施使熔融的金属钛与空气隔绝，则氧、氮、氢等气体元素就会熔入钛中，形成脆性氧化物或氮化物，致使焊缝金属的塑性急剧降低，拉伸强度提高，严重的情况下将发生脆断，塑性等于零。

2.其他杂质对焊缝金属性能的影响其他杂质是指除气体杂质外，可能熔入熔池的杂质。

其来源可能是焊接操作环境不清洁、戴脏手套触摸钛焊件遗留下油污、焊接前用棉纱擦洗接头、坡口可能留下的棉絮、焊接生产环境与钢铁焊接生产混合可能产生的铁锈、水分和其他一些有机物等。

这些污染物在电弧高温作用下分解出氧、氢、氮、碳等元素，然后溶于熔融的钛中。

当这些元素的量超过在钛中的溶解度时，便形成相应的化合物（TiO2 TiH2 TiN TiC)。

这些化合物随着熔池结晶而进入钛的晶格中，致使钛的晶格畸变、歪曲，从而改变了钛的力学性能。

有些微量元素少量溶入钛中，如果其量不超过允许的范围是可以的，有时也是我们所希望的。

但超量的杂质元素含量是不允许的，特别是有机物杂质，有百害而无一利，这是因为这些杂质元素除使钛焊接的力学性能变差，降低而腐蚀性外，还是焊缝中产生气孔的根源。

钛及钛合金的焊接----压力容器焊工培训教材钛及钛合金的焊接第一节钛及钛合金一、概述钛是一种银白色的有色金属,其主要物理性能到于表1.钛及钛合金的特点是具有较高的比重的强度,良好的塑性,韧性和较高的耐蚀性,尤其是对碱介质,氯化物,硫化物,硝酸化合物,强腐蚀性气体(氯气、亚硫酸气、硫酸氢)等，具有很高耐蚀性（年腐蚀率在0.13mm以下）,因此广泛应用于研究航天工业,化学工业,也用于制造船舶与海洋工程及火电,核电设备中的海水淡化装置及热交换器等.表1 钛与奥氏体不锈钢的物理性能二、钛及钛合金分类钛材分为工业纯钛和含有稳定化元素的钛合金二大类。

工业纯钛根据其杂质(主要是氧和铁)含量,以及由此而引起的强度差别分为T A0、 T A1、 T A2、T A3 等牌号.它具有良好的耐蚀性、塑性、韧性、和焊接性,主要用作化学工业的耐蚀结构材料。

钛合金按所含稳定化元素形成不同的固熔相,又可分为α型钛合金α＋β型钛合金和β型钛合金。

α型钛合金主要通过加入铝（Al）,有的再加入中性元素锰( Sn)等进行固溶强化而形成，例如牌号为T A7（Ti-5Al-2.5Sn）钛合金。

α型钛合金的强度比工业纯钛高，具有良好的耐蚀性和焊接性能。

α＋β型钛合金的组织，是以α型钛为与β型钛为基的两相固溶体组织结构。

它的特点是可通过热处理强化而得到高强度，因此，其力学性能可以在较宽的范围内变化，以适应不同的用途。

但是，随着其中的β相比例的提高，使焊接性能变差。

β型钛合金含有较高的β相稳定化元素，在一般的工艺条件下，其组织几乎全为β相，通过时效热处理，β型钛合金强度增高。

单一β相的β型钛合金，具有良好的加工硬化特性，常用作弹簧，销钉等物件，其缺点是低温脆性大，焊接性能差。

三、压力容器用钛及钛合金材料1、钛制焊接压力容器对钛材的要求钛制焊接压力容器，由于其使用制造和检验要求，因此，对用于钛制焊接压力容器的钛及钛合金材料，有它特殊的要求，主要有下列三方面：⑴制造容器用钛及钛合金材料应当具有良好的耐蚀性能、力学性能、焊接性能、成形性能及其他工艺性能。

钛及钛合金的钎焊1 钛及钛合金的钎焊特点1.1 表面氧化物稳定钛对氧的亲和力很大，所以钛及其合金有强烈氧化的倾向。

钎焊时必须防止钛的氧化，并充分去除这层氧化膜。

1.2具有强烈的吸气倾向钛和钛合金在加热过程中会吸收氢和氮。

例如钛从250℃开始强烈地吸氢；400℃时吸氧；600℃时吸氮。

温度愈高，吸气愈猛烈。

吸气的结果，使合金的塑性、韧性急剧下降。

所以，钎焊时要防止加热区的氢化和氮化。

1.3 组织及性能变化a）纯钛在885℃时发生α→β的相变。

加热温度超过该温度，晶粒开始长大，温度愈高，晶粒愈大。

在冷却速度较快的情况下，在室温形成α＇相针状组织，这些组织使钛的塑性下降。

b）α钛合金，如 TA7(Ti-5Al-2.5Sn) 加热到927℃时发生的相变，到1038℃对全部转变为β相。

β相在冷却速度较快情况下同样形成α＇相针状组织。

α钛合金过热的倾向比纯钛小。

c）α+β钛合金，如 TC4(Ti-6Al-4V)，它的淬火温度为 850～950℃，时效温度为 480～550℃。

因此对这种钛合金，高温钎焊温度不宜比淬火温度高出很多，在较低温度下钎焊时，钎焊温度则不宜超过550℃，以免过时效而发生软化现象。

d）总之，钎焊钛及其合金时必须注意钎焊加热温度。

一般说来，钎焊温度不宜超过 950～1000℃，钎焊温度越低，对母材性能的影响也越小。

对淬火时效合金来说，也可以在不超过其时效温度的条件下进行钎焊。

1.4 形成脆性化合物钛与许多金属容易形成脆性化合物，用来钎焊其它金属的钎科一般均能同钛形成化合物，使接头变脆。

因此基本上都不适用于钎焊钛及其合金，使选择钎焊钛用的钎料存在一定的因难。

2 钎料2.1银基钎料a）纯银是最早用来钎焊钛的钎料。

银对钛的润湿性很好。

此时在钎缝的界面区形成金属间化合物 TiAg，与钛及其它金属的金属间化合物相比它不算太脆。

但是其线膨胀系数同钛的线膨张系数相比差别较大，在应力作用下易产生裂纹，故用银钎焊的接头强度不是很高。

a
27
a
400µm
b
200µm
b
200µm
图 1 TC4 薄板材焊接接头低倍组织 a) 氩弧焊； b)电子束焊
4.4 钎 焊 钎焊是钛及钛合金与其它金属最简单可靠的
连接方法,亦可用于钛与钛合金的微型复杂件的 连接。钎料是钎焊必不可缺的材料，通常按其熔 化温度范围分为两大类：液相线温度低于 450℃ 的称为软钎料。主要包括：镓基、铋基、铟基、 锡基、铅基、镉基、锌基等。钛及其合金很少用 软钎料钎焊。液相线温度高于 450℃的称为硬钎 料 。主 要 包 括 ：铝 基 、镁 基 、铜 基 、银 基 、锰 基 、 金基、镍基、钯基、钛基等。目前对于钛及钛合 金的钎焊，应用较普遍是银基、铝基和钛基 3 类， 而铜基和镍基钎料由于形成脆性的金属间化合 物而一般不宜使用[1,2,26]。
4 钛及钛合金焊接方法及主要焊接参
数比较
4.1 钨极氩弧焊 钨极氩弧焊是钛及钛合金焊接中应用最广泛的
一种方法，它是一种不熔化极气体保护焊，是利用 钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝的。 焊接过程中钨极不熔化，只起保护作用。同时由焊 矩的喷嘴送进氩气作保护气体。还可根据需要另外 添加填充金属。在国际上通称为 TIG 焊。它是连接 薄板金属和打底焊的一种极好方法，尤其适合于钛、 锆等活泼金属。对于厚大工件的焊接可采用熔化极 氩弧焊。而对于薄壁件的焊接可采用脉冲钨极氩弧 焊，因为薄壁件的焊接采用常规焊接方法易出现焊 穿、变形大、焊接参数及焊接性能不稳定、焊速低 等现象。据有关资料报道[15~17]：脉冲钨极氩弧焊可 减小这些不稳定因素并改变上述不良现象。钨极氩 弧焊缺点是焊速较慢、焊件变形较大、焊缝组织较 粗大（如图 1a 所示）；焊缝中易生产气孔以及钨夹 杂等焊接缺陷；焊接过程易出现气体保护不良而影 响焊缝质量等。 4.2 真空电子束焊