钛及钛合金材料焊接工艺

钛及钛合金焊接工艺钛及钛合金焊接工艺引言•钛及钛合金是一种广泛应用于航空航天、船舶和汽车等领域的优质材料。

•钛及钛合金的焊接工艺对产品的质量和性能具有重要影响。

优势•钛及钛合金具有优异的耐腐蚀性和高的强度重量比。

•焊接是钛及钛合金制造中重要的一环，能够将不同构件连接为一个整体。

需要注意的问题1.材料准备•焊接前必须对钛及钛合金进行表面处理，以确保清洁和脱氧。

•需要根据焊接材料的类型和规格选择合适的电极、焊条和气体。

2.焊接方法•常用的钛及钛合金焊接方法包括氩弧焊、电子束焊和激光焊。

•不同的焊接方法适用于不同的应用场景，需要根据具体需求选择合适的方法。

3.焊接参数•焊接参数包括焊接电流、电压、焊接速度和焊接角度等。

•焊接参数的设置直接影响焊接质量和效率，需要进行充分测试和调整。

4.焊接环境•钛及钛合金焊接需要在惰性气体保护下进行，以避免氧化和污染。

•焊接环境的温度、湿度和风速等因素也需要被控制在合适范围内。

5.焊接后处理•焊接完成后，还需要进行后处理，如除渣、退火和表面处理等。

•合适的后处理可以提高焊接接头的强度和外观质量。

结论•钛及钛合金焊接工艺的规范和控制对于确保产品质量和安全性至关重要。

•合理选择焊接方法、调整焊接参数以及正确进行后处理是保证焊接效果的关键。

（文章仅供参考）钛及钛合金焊接工艺引言•钛及钛合金是一种广泛应用于航空航天、船舶和汽车等领域的优质材料。

•钛及钛合金的焊接工艺对产品的质量和性能具有重要影响。

优势•钛及钛合金具有优异的耐腐蚀性和高的强度重量比。

•焊接是钛及钛合金制造中重要的一环，能够将不同构件连接为一个整体。

需要注意的问题1.材料准备•对钛及钛合金进行表面处理，确保清洁和脱氧。

•选择合适的焊接材料：电极、焊条和气体。

2.焊接方法•氩弧焊：适用于一般焊接需求。

•电子束焊：适用于高精度焊接，但适应范围较窄。

•激光焊：适用于高速焊接和复杂形状的组件。

3.焊接参数•焊接电流、电压、焊接速度和焊接角度等参数需要根据实际情况进行设置。

钛合金焊接方法
钛合金焊接是一种关键的工艺，通常需要采用适当的方法来实现良好的焊接质量和强度。

下面将介绍几种常见的钛合金焊接方法：
1. 氩弧焊（TIG焊接）：氩弧焊是一种常用的钛合金焊接方法。

在焊接过程中，使用惰性气体（如氩气）作为保护气体，以防止钛合金受到氧气和氮气的污染，从而保证焊缝的质量。

2. 焊丝电阻焊接：这种焊接方法适用于较薄的钛合金板材。

在焊接过程中，将焊丝夹紧在焊件之间，然后通过施加电流加热焊丝，使其熔化并与焊件形成焊缝。

3. 电弧气体保护焊（MIG/MAG焊接）：电弧气体保护焊是一
种快速且高效的焊接方法，常被用于焊接较大的钛合金构件。

在焊接过程中，焊枪会同时供应熔化的焊丝和保护气体，以防止氧气和氮气的污染。

4. 激光焊接：激光焊接是一种高精度的钛合金焊接方法，适用于较薄的构件或对焊接质量有高要求的应用。

在焊接过程中，激光束会高度集中地熔化焊缝的材料，从而实现焊接的目的。

在选择合适的焊接方法时，需要考虑钛合金的特性、焊接质量要求、成本等因素，并根据具体情况进行选择。

同时，在进行钛合金焊接时，需要严格控制焊接参数、保证焊接设备的稳定性和操作人员的技术水平，以确保焊接质量和安全性。

钛合金焊接工艺材料方案钛合金作为一种重要的结构材料，在航空航天、汽车制造、海洋工程等领域起着举足轻重的作用。

然而，由于其高强度、耐腐蚀性以及独特的物理性质，钛合金的焊接难度较大。

本文将对钛合金焊接工艺和材料方案进行详细讨论，以提供一种优化的焊接方法。

一、选择合适的焊接工艺在钛合金焊接过程中，选择合适的焊接工艺至关重要。

常见的钛合金焊接工艺包括TIG（钨极氩弧焊）、MIG（氩弧焊）、EB（电子束焊）等。

根据焊接需求和具体情况，选择适合的工艺可有效提高焊接质量。

1. TIG焊TIG焊是一种常用的钛合金焊接工艺，通过在焊接区域加热并添加钨电极和保护性气体，实现焊接的目的。

在TIG焊接过程中，需要使用纯钨电极和纯钛或钛合金焊丝。

此外，在焊接过程中，需要保持焊缝的干燥以避免氢的吸收。

2. MIG焊MIG焊也是一种常用的钛合金焊接工艺，它通过在焊接区域引入惰性气体（如氩气）保护焊接区域。

相比TIG焊，MIG焊具有更高的焊接速度和更强的焊接功率。

然而，MIG焊接需要使用适当的钛合金焊丝，并且需要精确控制气体流量和电流。

3. EB焊EB焊是一种高能电子束焊接技术，它利用高速电子束来加热和熔化焊接区域。

EB焊接具有较高的焊接效率和更好的焊接质量，但设备成本较高，适用于对焊接质量要求较高的高端领域。

二、选择合适的焊接材料除了选择适当的焊接工艺外，选择合适的焊接材料也是确保焊接质量的关键因素。

1. 钨极钨极是TIG焊接过程中使用的电极材料，要求钨电极具有高熔点、低蒸发率和良好的切削性能。

常见的钨极主要包括纯钨极和钨合金极，根据具体需求选择合适的钨极材料。

2. 焊接丝在TIG和MIG焊接过程中，焊接丝是必不可少的材料。

钛合金焊接丝应具有与基础材料相似的成分和性能，以保证焊接接头的强度和耐腐蚀性。

常用的焊接丝包括纯钛焊丝、钛合金焊丝和复合焊丝等。

3. 气体保护焊接过程中的气体保护对焊接质量具有重要影响。

常用的惰性气体包括氩气、氦气和氮气等，其中氩气是最常用的气体保护剂。

钛及钛合金焊接工艺分析简介钛及钛合金因其高强度、低密度、优异的抗腐蚀性能被广泛应用于航空航天、化工、医疗等领域。

而钛及钛合金的加工难度也因此增加，特别是焊接工艺。

所以，本文将从钛及钛合金的物理特性和化学特性出发，结合常见的钛及钛合金焊接工艺进行分析和总结。

钛及钛合金焊接的物理特性和化学特性物理特性•高熔点：钛的熔点为1668℃，是常见金属中的较高值，高于铁、镍、铜、铝等大多数金属。

•低热导率和热容：钛的热导率和热容都比较低，导致热输入时钛材料温度变化较小，且热输入冷却时间长。

•高线膨胀系数：钛的线膨胀系数高于常见金属，故焊接时应注意热输入焊缝后产生的应力和变形。

•利用率低：钛粉末的比表面积大、氧化能力强，因此在加工过程中容易吸附空气中的氧、氮等气体，形成氧化物，会降低钛粉末的利用率。

•易吸气：在高温下钛及钛合金易吸氧气、氮气、水蒸气等气体，从而会在焊接时造成钛材料的氧化。

•易反应：钛与许多元素及化合物很容易发生化学反应。

例如，钛会与氧、氮、碳、硫、氢、氟等元素發生反应，在焊接时会对焊接区域造成不良影响。

•局部氧化：钛属于活泼向氧化物反应的金属，局部氧化的钛容易发生熔池中的气泡、夹杂、气孔及非金属夹杂物等缺陷，影响焊接质量。

•低松散度：钛及钛合金的密度相对其它金属偏低，故焊接后的焊缝内部板层松散较大，且没有弹性。

常见的钛及钛合金焊接工艺等离子弧焊等离子弧焊是常见的钛及钛合金焊接工艺之一。

该焊接工艺的原理是利用高温等离子体对钛材料表面进行加热并进行加压使之焊接。

等离子弧焊的优点是加热速度快且对钛材料氧化小，但缺点是容易影响焊接材料的附着力。

TIG焊TIG焊（Gas Tungsten Arc Welding）是一种适用于钛以及大多数合金的高质量焊接工艺。

其原理是使用钨极电弧加热钛及钛合金，并通过加入惰性气体形成保护层以保护熔融区域。

该焊接工艺的优点是焊缝质量好，但脆性松散等问题也延长了焊接时间。

离子束焊是采用高速离子束照射工艺对钛及钛合金进行组装或焊接。

钛及钛合金焊接工艺标准QB-CNCEC J22105-20061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作业人员表2.2 主要作业人员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。

钛及钛合金焊接指南钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、导热率低、无毒无磁、可焊接；广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑、体育用品等领域。

(1)杂质污染引起的脆化由于钛的化学活性大，在焊接热循环的作用下，焊接熔池及高于350℃的焊缝金属和热影响区极易与空气中的氢、氧、氮及焊件、焊丝上的油污、水分等发生反应。

钛在300C以上快速吸氢，600℃以上快速吸氧，700℃以上快速吸氮，含碳量较多时，会出现网状TiC脆性相。

以上情况使钛及钛合金焊接接头塑性、韧性急剧降低导致焊接接头的性能变坏。

钛表面生成氧化膜的颜色与生产温度有关。

在200℃以下为银白色、300C时为淡黄色400C时为金黄色、500C和600℃时为蓝色和紫色，700 ~900℃为深浅不同的灰色。

可根据表面生成氧化膜的颜色来判断焊接过程未保护区的温度。

(2)焊接相变引起的性能变坏有两种同素异构的晶体结构，882C以上到熔点为体心立方晶格，叫β钛，882C以下为密排六方晶格，叫αo容器用钛中含β稳定元素很少，都是a铁合金。

这些钛在焊接高温下，焊缝及部分热影响区为β晶格，有晶粒急剧长大的倾向。

钛又具有熔点高、比热容大、热导率低等特性，因此焊接时高温停留时间较长约为钢的3~4倍，高温热影响区较宽，使焊缝和高温热影响区的β晶粒长大明显，会使焊接接头的塑性下降较多，因而钛焊接时，通常应采用较小的焊接热输入和较快的冷却速度以减少高温停留时间，减少晶粒长大的程度，缩小高温热影响区，减少塑性下降的影响。

(3)焊接区需采用惰性气体保护在高温下和空气中氧的亲和力非常强，在200℃以上的区域必须采用惰性气体保护，以避免氧化。

钛的弹性模量仅为碳钢的一半，在同样的焊接应力下，钛的焊接变形量会比碳钢大1倍。

因此焊接钛时，一般应用垫板及压板压紧工件，以减小焊接变形量。

(5)易产生气孔气孔是钦焊缝中常见的缺陷。

钛焊接中产生的气孔主要是氢气孔，也有CO气体形成的气孔。

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、硬度、塑性和韧性下降，过热倾向严重，接头严重脆化。

因此，在进行钛合金焊接时，对熔池、熔滴及高温区，不管是正面还是反面都应进行全面可靠的气体保护。

钛及钛合金焊接技术摘要：随着我国社会生产力的快速发展，我国综合实力得到了显著的提高，科学技术也在发展中得到了不断地完善。

先进的焊接技术是能够降低材料的消耗以及减轻结构质量的有效途径。

本文对钛及钛合金焊接技术，钛及钛合金焊接特点进行了分析。

关键词：钛及钛合金；焊接技术；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。

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, 各种焊接技术将有着广阔的应用前景。

1.慨况钛及其合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性，在航空、航天、造船、化工等工业部门中得到广泛应用。

钛属于多晶形材料，基本上决定了钛合金焊接时的行为。

适于钛及其合金的焊接方法有很多，但对焊接方法的分类国内外各有差异，把它分为 3 大类：族系法、一元坐标法和二元坐标法。

而最常用的族系法又分为 3 种：熔化焊接、固相焊接及钎焊。

钨极氩弧焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等熔化焊接方式在钛及钛合金的焊接中应用广泛，在钛及钛合金的焊接中，钎焊适于焊接受载不大或在常温下工作的接头，对于精密的、微型复杂的及多钎缝的焊件尤其适用。

其他焊接方法如：高频焊、爆炸焊、摩擦焊、扩散焊等随着焊件的具体焊接情况而采用相应地焊接方法。

二、钛及钛合金焊接特点1.钛及钛合金的物理、化学性能。

钛的化学活性强，随着温度的增高，其化学活性也将迅速增大，并在固态下能强烈地吸收各种气体。

例如：将纯钛板加热到300℃时，在钛板表面就会吸附氢气；而加热至400℃时即吸收氧气；600℃吸收氮气。

含有氧、氮、氢等杂质元素的纯钛，焊接接头的强度显著提高，而塑性和韧性急剧下降。

钛的熔化温度高、热容量大、电阻系数大、热导率比铝、铁等金属低，所以钛的焊接熔池具有更高的温度、较大的熔池尺寸，热影响区金属在高温下的停留时间长，因此，易引起焊接接头的过热倾向，使晶粒变得十分粗大，接头的塑性显著降低。

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，当前人们渐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，钛也具备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备足够高的强度，并且钛及钛合金具备优良抗腐蚀性，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材质的钛合金比较常用，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钛合金组织两者在常温之下的显示状态为单相，但是两者的冷却速度却存在着特别大不同，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，而在此过程当中形成正规马氏体，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。