钛合金焊接工艺
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钛及其合金的焊接
1、钛合金特点、分类及性能
特点： 钛及钛合金密度小，热膨胀系数小（4.5 g/cm-3），道导热性差，摩擦系
数大，弹性模量较低，不利于结构的刚度。工业纯钛有很高的化学活 性，生成致密氧化膜，在不同条件下(酸、碱、温度)有很好的耐蚀性 （<500 ）。
强度高，良好的塑性和韧性，足够的抗腐蚀性和高温强度，最为突出 的特点是比强度高。
饱和析出TiC，网状分布，塑性降低，焊接裂纹。 所以，C<0.1％.
合金元素：Al、Ni、Si、Nb、Cr、Mn、Mo等。
焊接时采用高纯度惰性气体或无氧氟－氯化物焊剂
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
因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工业生产中得到了广泛应 用，尤其是钢+铁的双金属焊接结构应用更为广泛。
因此，对钢与钛焊接的研究更为迫切。
1、钛合金特点、分类及性能
钛合金 的分类
Baidu Nhomakorabea工业纯钛（ TA1，TA2，TA3） 钛合金（TA4，TA5，TA6….）
钛合金
钛合金（TB1，TB2 ….）
＋钛合金（TC1，TC2，TC3….）
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。
2、钛及钛合金焊接特点
接头区脆化： 540 以上，氧化膜疏松，与O、N、H等反应快，接头塑性韧性降低。
工业纯钛（ TA1，TA2，TA3）
Ti在885 以下为密排六方——钛合金
Ti在885℃以上为体心立方——钛合金
Ti在885℃发生同素异构转变
纯钛中杂质：H、O、Fe、Si、C、N等 O、N、H形成间隙固溶体，Fe、Si等形成置换固溶体，固溶强化（强度、 硬度提高，塑性、韧性下降），但H使钛的冲击韧性急剧下降，氢脆。
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。
1、钛合金特点、分类及性能
钛合金 α＋β钛合金：两相，含有Al，稳定相，中性元素Sn、Zr， 相稳定
元素（<6％）。 具有和相的优点，即高温变形能力和热加工性，又可热处理提高强
300 以上吸H，600 以上吸O，700 以上吸N，
O、高温固溶，强度提高，塑性下降；N会形成脆性相TiN。
H是相稳定元素，325 发生共析反应：
α＋γ （TiH2），片状或针状存在，裂纹源，降低塑性和韧性，
焊接中严格控制H来源。
2、钛及钛合金焊接特点
接头区脆化：
常温时，C 在钛中溶解度0.13％，间隙固溶，强度提高，塑性下降。
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
钛及钛合金密度小，强度高，良好的塑性和韧性，足够的抗腐蚀性和 高温强度，最为突出的特点是比强度高。 因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工业生产中得到了广泛 应用，尤其是钢+铁的双金属焊接结构应用更为广泛。
度。 TC4（Ti6Al4V）是广泛应用的＋钛合金，不同热处理下两相比例、
性质、形态不同。具有良好的压力加工性和焊接性。
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
因此，对钢与钛焊接的研究更为迫切。
2、钢与钛及其合金的焊接特性
图12所示为铁－钛合金状态图。铁在钛中的溶解度极低，焊接时焊缝 金属中容易形成金属间化合物FeTi、Fe2Ti，使接头金属塑性严重下 降，脆性增加。与不锈钢焊接时，钛还会与Fe、Cr、Ni形成更加复 杂的金属间化合物，使焊缝严重脆化，甚至产生裂纹、气孔。因此， 最好避免采用熔焊方法，尽量采用压焊或钎等方法。
1、钛合金特点、分类及性能
特点： 钛及钛合金密度小，热膨胀系数小（4.5 g/cm-3），道导热性差，摩擦系
数大，弹性模量较低，不利于结构的刚度。工业纯钛有很高的化学活 性，生成致密氧化膜，在不同条件下(酸、碱、温度)有很好的耐蚀性 （<500 ）。
强度高，良好的塑性和韧性，足够的抗腐蚀性和高温强度，最为突出 的特点是比强度高。
饱和析出TiC，网状分布，塑性降低，焊接裂纹。 所以，C<0.1％.
合金元素：Al、Ni、Si、Nb、Cr、Mn、Mo等。
焊接时采用高纯度惰性气体或无氧氟－氯化物焊剂
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
因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工业生产中得到了广泛应 用，尤其是钢+铁的双金属焊接结构应用更为广泛。
因此，对钢与钛焊接的研究更为迫切。
1、钛合金特点、分类及性能
钛合金 的分类
Baidu Nhomakorabea工业纯钛（ TA1，TA2，TA3） 钛合金（TA4，TA5，TA6….）
钛合金
钛合金（TB1，TB2 ….）
＋钛合金（TC1，TC2，TC3….）
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。
2、钛及钛合金焊接特点
接头区脆化： 540 以上，氧化膜疏松，与O、N、H等反应快，接头塑性韧性降低。
工业纯钛（ TA1，TA2，TA3）
Ti在885 以下为密排六方——钛合金
Ti在885℃以上为体心立方——钛合金
Ti在885℃发生同素异构转变
纯钛中杂质：H、O、Fe、Si、C、N等 O、N、H形成间隙固溶体，Fe、Si等形成置换固溶体，固溶强化（强度、 硬度提高，塑性、韧性下降），但H使钛的冲击韧性急剧下降，氢脆。
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。
1、钛合金特点、分类及性能
钛合金 α＋β钛合金：两相，含有Al，稳定相，中性元素Sn、Zr， 相稳定
元素（<6％）。 具有和相的优点，即高温变形能力和热加工性，又可热处理提高强
300 以上吸H，600 以上吸O，700 以上吸N，
O、高温固溶，强度提高，塑性下降；N会形成脆性相TiN。
H是相稳定元素，325 发生共析反应：
α＋γ （TiH2），片状或针状存在，裂纹源，降低塑性和韧性，
焊接中严格控制H来源。
2、钛及钛合金焊接特点
接头区脆化：
常温时，C 在钛中溶解度0.13％，间隙固溶，强度提高，塑性下降。
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
钛及钛合金密度小，强度高，良好的塑性和韧性，足够的抗腐蚀性和 高温强度，最为突出的特点是比强度高。 因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工业生产中得到了广泛 应用，尤其是钢+铁的双金属焊接结构应用更为广泛。
度。 TC4（Ti6Al4V）是广泛应用的＋钛合金，不同热处理下两相比例、
性质、形态不同。具有良好的压力加工性和焊接性。
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
因此，对钢与钛焊接的研究更为迫切。
2、钢与钛及其合金的焊接特性
图12所示为铁－钛合金状态图。铁在钛中的溶解度极低，焊接时焊缝 金属中容易形成金属间化合物FeTi、Fe2Ti，使接头金属塑性严重下 降，脆性增加。与不锈钢焊接时，钛还会与Fe、Cr、Ni形成更加复 杂的金属间化合物，使焊缝严重脆化，甚至产生裂纹、气孔。因此， 最好避免采用熔焊方法，尽量采用压焊或钎等方法。