钛及钛合金的焊接性
钛及钛合金的焊接性及焊接缺陷的防止
绪论焊接是现代工业生产中不可缺少的先进制造技术，被广泛应用于机械、冶金、电力、锅炉、压力容器、建筑、桥梁、船舶、汽车、电子、航空、航天、军工和军事装备等产业和部门。
随着社会和生产的飞速发展，各领域中的科学技术水平不断提高，从而推动各行各业的进步。
工业是国民经济的基础，而重工业又是工业的重中之重，交通运输业则是发展各行各业的先导，石油化学工业又是尖端科学技术的发展对金属材料提出越来越高的要求，例如航空及宇航，氦反应堆对金属材料的要求特别严格，这就是要求研制耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗断裂、耐疲劳而重量又较轻的金属材料，钛合金的强度大，密度小，又具有较好的韧性和焊接性，因而钛合金在航空等工业中得到广泛的应用。
钛是难熔金属中的轻金属，密度为 4.5克/cm3，只有铁的57%。
钛合金的强度可与高强钢相媲美，同时具有很好的耐热和耐低温性能，某些钛合金能在450℃-550℃之间和零下250℃下长期工作。
钛具有很好的耐盐类、海水和硝酸腐蚀的能力，Ti-30M合金更是能耐高浓度盐酸和硫酸的腐蚀。
钛是金属材料王国中的一颗新星，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，它仅次于铁、铝，被誉为正在崛起的“第三金属”。
它是优质轻型、耐蚀结构材料，新型的功能材料和重要的生物材料，是重要的战略金属。
由于钛兼有钢、不锈钢、铝等结构材料的许多优良特性，在空中、陆地、海洋及宇宙超低温的外层空间都有着广泛的用途，因此，它又被称作“全能的金属”。
钛及钛合金在各种工业部门中，都存在着广阔的应用前景，因为各行各业中使用的设备零件基本上都承受着腐蚀、磨损及断裂等多种损伤，要提高设备的使用寿命就必须克服造成上述损伤的一家因素。
而钛及钛合金就具有抗腐蚀、耐磨损及高强度等诸多优点。
同钢制设备相比，钛制设备具有比较高的稳定性，显著延长了使用寿命，减少了修理费用，因而取代了钢制设备，使一些性能得到补偿。
钛合金的这些优点，使钛当之无愧的被称之为“太空”金属、“海洋”金属。
钛及钛合金焊接特点及焊接工艺
钛 的化 学性 能很 活泼 ， 在 液 态或 高于 ６ ０ ０ ％ 的 固 态 下极 易 和 氧 、 氮、 氢等元素相互作用 ， 产 生 脆 化 。在 常 温下 ， 由于 表 面氧 化膜 的作用 ， 钛 材 保 持 着 稳定 性 和耐 腐蚀 性 ，但 钛 在 高温 下 特别 是 熔 融
性能 ， 为 了掌握 钛 及钛 合 金 的焊 接工 艺 ， 提 高 焊 接 质量 ， 必须 深入 了解 钛及 钛合 金 的特 点 。
２ ． １焊 接接 头的脆 化
焊接钛及钛合金时 ， 影 响区有时会 出现延迟裂纹 ，
其 主要 原 因是 氢 造成 的 ，氢 脆 及 氢化 物 析 出 时产
形 成 ，但 氢 是钛 及钛 合 金 焊接 中形 成气 孔 的主 要
有效保护的情况下 ， 很容易与氧、 氮、 氢发生反应 ，
生 成 硬度 脆性 较 大 的氧 化 钛 、 二氧 化 钛 ， 空气 中 的 氢 产 生氢 脆 。 因此 ， 在钛 焊 接 时 ， 为保 护 焊缝 热 影 响 区免受 空 气 污染 ，我 们 通 常采 用 的高 纯 度 的惰
主要来源于母材 、 焊丝和油污等 ， 碳在超过溶解度 时析 出硬脆 的碳化钛 ， 使焊缝塑性迅速下降 ， 在焊
接应 力 的作用 下易 产生 裂纹 。
２ ＿ ２焊接 接 头的裂 纹
度小 、 比强度高、 塑韧性好 、 耐热蚀性好 、 可加工性
较 好 等 特点 ， 因 此 广 泛应 用 在航 空航 天 、 化工 、 造
及钛合金 的焊接特 及焊接工艺做一简单介绍。
当焊 缝 中含 有 氧 、 氢、 氮量较多时 ， 焊 缝 和 热 影 响 区性 能 变 脆 ，在 较 大 的焊接 应 力 作 用下 容 易 出 现裂 纹 ， 这 种裂 纹 是在 较低 的温 度下 形 成 的 ， 在
钛合金及其焊接性评述
钛合金及其焊接性评述【摘要】钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
分析钛及其合金的焊接性，掌握钛合金在焊接时容易出现的问题和预防措施、TC4钛合金电子束的相关技术来进行钛合金及其焊接性的综合评述。
以及了解为了提高焊接质量对ZCY 系列真空充氩箱的开发和应用。
【关键词】钛合金，钛合金焊接性，TC4钛合金，电子束, 缺陷，预防，局部热处理,真空充氩箱1 引言钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，焊接作为钛合金加工中的重要手段, 有着提高材料利用率、减轻结构重量、降低成本等方面独特的优势。
因此钛合金焊接方面的研究工作一直被国内外焊接工作者重视[1 ]。
近年来, 人们把研究重点从研究钛合金焊缝及热影响区与母材性能的差异转移到研究钛合金焊接冶金上。
只有从冶金因素上找出产生焊缝与母材性能不同的原因, 才能从根本上解决钛合金焊接存在的问题。
2 钛合金及其焊接性研究进展钛合金焊接主要特点可概括为高温时钛对气氛的高活性，加热时晶粒长大的倾向大以及焊接接头冷却时形成脆性相。
过去人们评价钛合金焊接性一直集中于研究焊缝金属性能与母材性能不同的工艺因素, 近十几年来, 人们开始研究焊缝金属性能与母材性能不同的冶金因素。
钛合金焊接冶金是一个十分复杂的问题,它主要包括熔化和凝固, 连续冷却相变, 焊后热处理以及组织和性能的关系。
尽管优化了焊接工艺参数, 选用了冶金和焊后热处理等措施, 使钛合金焊缝金属的静载强度和塑性提高到母材的水平, 但是由于焊缝金属中粗大柱状晶的存在, 使钛合金焊缝金属动载强度和抗介质腐蚀性能显著降低。
近些年来, 对钛合金焊接冶金原理的理解越来越深入, 但一些重要问题仍不是很清楚, 有待于更深入地开展研究。
其中计算机辅助热流分析的应用, 将会利用焊接冶金知识预测和控制焊缝组织和性能,而不需要大量的实验。
高分辨电子显微镜的发展会使复杂的相变能够更准确地判定, 这将有助于提高连续冷却相变图的准确性[2]。
金属材料焊接技术——如何焊接钛合金材料
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。
钛及钛合金焊接指南
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
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
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。
钛及其合金的焊接
钛的物理性能
纯钛是一 种银白色金属882.5℃以下它具有密集六方结构（相）， 高于此温度，发生同素异构转变，成为体心立方结构（相）。Ti 882.5℃ -Ti 钛与氧的化学亲合力强，甚至在室温下其清洁的表面也会迅速地 形成稳定而坚韧的氧化层这种行为产生自然钝化，因而钛具有良 好的耐盐、耐氧化性酸和无机酸腐蚀性能。 在退火状态下工业纯钛的抗拉强度为350～700MPa，伸长率为 20～30％，冷弯角80o～130o具有良好的低温性能。 钛的热膨胀系数和导热率小，具有良好的焊接性。
钛及其合金 焊接工艺
保护：温度高于260 ℃区域必须保护，方法有加尾拖和背部气体保 护；高纯度的惰性气体罩；真空度大于1.33X10-2Pa。
焊后热处理
完全退火适用于钛和稳定的钛合金，消除应力和保证较高的强度和 塑性。t<1.5mm，保温15min；1.6～2.0mm，保温20min；2.1～ 6mm，保温25min；6～20mm，保温60min；20～50mm，保温 120min。真空或氩气中退火。 + 钛合金要严格控制冷却速度，冷却到一定温度再空冷或分段退火。 不完全退火：主要消除应力。 淬火+时效处理：对简单的钛合金压力容器，可以使用焊后水淬再加 时效处理的方法（时效温度<500℃）保证焊接件的综合力学性能。 时效处理：焊件焊前淬火，焊后时效，保证母材强度。许多钛合金在 焊件热循环的作用下产生局部淬火作用。例如TC4，500 ℃，4h； 600 ℃，2h。
钛及其合金 的焊接性
气体等杂质污染而引起焊接接头脆化： 常温下，钛及其合金比较稳定，随着稳定的升高，钛及其合金系数氧、 氮及氢的能力也随之上升。 ①氧的影响：从400℃开始吸氧， 600℃快速吸氧，氧以间隙固溶体 的形式存在，晶格畸变固溶强化，导致钛及其合金强度提高、塑性 韧性下降。焊缝含氧量随保护气体中的氧含量增加而直线上升。在 钛中最大固溶量为14.5％。在钛中最大固溶量为1.8％。含氧量 越高固溶强化越严重。 氧会导致钛合金氧化，钛是一种活性元素，当钛及其合金表面为 银白色和浅黄色时钛合金几乎未发生氧化；当钛及其合金表面为青 灰色是中度氧化；为黑色和出现白色粉末时是严重氧化。
简述钛及钛合金的特点
简述钛及钛合金的特点钛及钛合金是一种重要的金属材料，具有许多独特的特点。
钛是一种轻质、高强度的金属，具有良好的耐腐蚀性和生物相容性。
钛合金是由钛与其他元素（如铝、钒、镁等）合金化而成，可以进一步改善钛的性能。
钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性。
钛具有一种致密的氧化层，可以有效地防止钛与外界环境中的氧、水等物质发生反应，从而具有较强的抗腐蚀性。
此外，钛合金中添加的其他元素还可以进一步提高钛的耐腐蚀性能，使其在酸、碱、盐等恶劣环境下具有更好的稳定性。
钛及钛合金具有良好的生物相容性。
由于钛具有低的密度和良好的耐腐蚀性，因此被广泛用于医疗领域。
钛材料可以与人体组织良好地相容，不会引起排异反应或过敏反应。
因此，钛及钛合金常用于制作人工骨骼、人工关节、牙科种植体等医疗器械。
钛及钛合金具有较高的强度和优良的机械性能。
钛具有较高的比强度，即单位质量的材料所能承受的最大应力相对较高。
钛合金中添加的其他元素可以进一步增强钛的强度和硬度，使其具有更好的抗拉、抗压和抗疲劳性能。
因此，钛及钛合金广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域，用于制造飞机、火箭、汽车零部件等。
钛及钛合金还具有良好的热稳定性和耐高温性能。
钛的熔点较高，达到约1668℃，并且在高温下仍然保持较好的力学性能。
钛合金中添加的其他元素可以进一步提高钛的耐高温性能，使其在高温环境下仍能保持较好的强度和稳定性。
因此，钛及钛合金常用于制造航空发动机、航天器结构件等高温工作条件下的零部件。
钛及钛合金具有良好的加工性能。
钛具有良好的可塑性和可锻性，可以通过热加工和冷加工等方式进行成型。
此外，钛合金还具有较好的焊接性和切削性，便于进行组装和加工。
因此，钛及钛合金可以满足不同领域对于材料加工性能的需求。
钛及钛合金具有耐腐蚀性、生物相容性、高强度、优良的机械性能、热稳定性和加工性能等特点。
这些特点使得钛及钛合金在航空航天、汽车、医疗器械等领域得到广泛应用，并具有重要的经济和社会价值。
钛及钛合金的焊接工艺
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。
钛及钛合金的焊接性
焊接变形
钛的弹性模量比不锈钢小，在同样的焊接应力条件下
钛及钛合金的焊接变形是不锈钢的1倍，因此焊接时应 该采用垫板和压板将待焊工件压紧，以减小焊接变形。 此外，垫板和压板还可以传导焊接区的热量，缩短焊 接区的高温停留时间，减小焊缝的氧化。
氧和氮造成的脆化氧、氮圴是a稳定元素，氧在a铁、钛中的最 大溶解度分别为14.5％原子，和1.8％原子，氮则分别为7％原 子和2％原子。钛与氧在600℃以上发生强烈的作用。当温度 高于800℃时，氧化膜开始向钛中溶解扩散，氮则在700℃以 上与钛发生强烈作用，形成脆硬的TiN。氧、氮在高温的α钛、 β钛中都容易形成间隙熔体，造成钛的晶格严重畸变，从而使 其强度，硬度提高，但塑性、韧性显著降低，而且氮与钛形 成的固溶体造成晶格畸变较氧更加严重。因此，氮更剧烈地 提高钛的强度和硬度，降低钛的塑性。金属薄板的塑性可以 用R/δ（板材弯曲半径与厚度之比）的比值表示。焊缝中氮或 氧含量对接头强度、弯曲塑性的影响。采用氩弧焊和等离子 弧焊接钛及钛合金时，如果氩气纯度达不到要求或焊缝热影 响区的保护不好、焊缝连接将随氩气中氧、氮和空气含量的 增加而硬度提高，氩气中氧、氮和空气量对工业纯钛焊缝硬 度的影响。
Байду номын сангаас
焊接接头的脆化
在钛及钛合金焊接时，为保护焊缝及热影响区免受空
气的污染，通常釆用高纯度的惰性气体或无氧氟—氯 化物焊剂。釆用无氧氟—氯化物焊剂进行焊缝时，熔 渣和金属发生化学反应；由于氟化物在液态金属中不 溶解，所以焊缝金属冷却后不会形成非金属夹杂，但 焊剂中一些元素可能入熔池。
焊接接头的脆化
有机物质；严格限制原材料中氢，氧、氮等杂物气 体的含量；焊前对焊丝进行真空去氢处理来改善焊 丝的含氢量和表面状态。
探讨钛管焊接技术措施与工艺控制要点
探讨钛管焊接技术措施与工艺控制要点本文首先介绍了钛的焊接性，然后分析了钛管焊接技术措施，最后探讨了钛管焊接工艺控制要点。
标签：钛管焊接；技术措施；工艺控制；要点钛及钛合金是一种优良的金属结构材料，与钢相比具有密度小（约4.5g/cm2）、抗拉强度高、比强度大等特点，在300～500℃高温下钛合金仍具有足够高的强度和良好的高温性能，在航空、航天、石油化工、造船等工业部门日益获得广泛的应用。
在化工烧碱项目中就有TA2管道安装。
1 钛的焊接性1.1钛的熔点为1668℃，密度小，导热系数低。
焊接时，焊缝区易产生粗大晶粒，形成过热组织而使塑性下降；焊接冷却较快又易产生不稳定的脆性钛马氏体，同样使得焊接接头的塑性下降，焊接施工中，对线能量和冷却速度要严格控制。
1.2钛的弹性模量小，焊接变形大；冷变形的回弹能力大成形困难。
要采取措施预防变形。
1.3常温下钛的化学性质稳定，耐腐蚀性强。
当达到熔融状态时，钛能够与周围气态元素氢、氧、氮、碳发生剧烈的化学反应，生成化合物，从而严重地影响焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能。
必须采取钨极氩弧焊，并充分氩保护。
1.4铁的存在，会在富铁相区与A相区建立自发电池，产生电偶腐蚀，特别在是焊缝和热影响区会产生“优先腐蚀”；同时铁污染会导致加速吸氢，形成氢脆裂纹。
因此，在焊接中要避免铁的污染。
1.5钛不能与其它金属熔焊，且易形成脆性的金属间化合物，引起焊缝脆化。
2 钛管焊接技术措施为了使钛管焊接能够顺利进行，现场焊接施工中采取的主要技术措施有：妥善的防污染措施、严格的清理措施及有效的惰性气体保护措施。
2.1防污染措施2.1.1准备好实施条件在钛管预制加工和焊接前，就要准备好下列实施条件。
2.1.1.1设置专用场所事先为钛管预制加工与焊接准备好专用场所。
专用场所应设在封闭良好的厂房内，严禁碳钢、低合金钢材料混入，更不许在同一场所加工、焊接。
加工场地应保持清洁、干燥且通风良好。
焊接作业尽量安排在室内进行，需要在室外焊接时应安装接口，要搭设好防风、防雨、防雪设施，以避免自然环境的不利影响。
钛及钛合金焊接技术应用分析
钛及钛合金焊接技术应用分析摘要：随着我国社会经济的快速发展，以及现代科技的全面进步，钛及钛合金材料在各个领域中的应用越来越广泛。
在规模化、精细化生产加工场景下，钛及钛合金材料的焊接技术十分关键。
文章阐述了钛及钛合金材料的分类及特点，分析了该材料的焊接性问题。
结合实践，针对钛及钛合金焊接技术的具体应用要点进行了探讨，希望能为相关技术研究应用提供参考。
关键词：钛；钛合金；焊接技术前言：近年来，我国社会经济快速发展、社会生产力全面进步，现代科技在各个领域中得到了大量的应用。
钛及钛合金材料作为一种在航天航空、医疗等领域逐步得到广泛应用的材料，其加工工艺与其他材料工艺存在一定的差别。
在如今钛及钛合金应用范围越来越广、加工技术要求越来越高的情况下，有必要针对钛及钛合金的焊接加工技术进行深入的探究。
一、钛及钛合金材料的主要分类及特点钛（Ti）是一种金属化学元素，具有耐腐蚀、强度高、重量轻等特点，在现代工业生产领域中是十分重要的金属材料。
在如今的应用领域中，钛主要有两大类，即α钛和β钛，区分两种类别的关键在于882℃上下，材料晶体结构存在明显差异。
从钛合金材料的角度来讲，其主要可以分为三个大类，即α钛合金、β钛合金以及αβ钛合金材料，目前在我国工业领域中用得比较多的类别为α钛合金材料[1]。
在针对钛及钛合金材料的生产加工中，比较常用的是焊接工艺。
和其他金属材料类似，焊接加工时需要综合对材料特性的研究，对焊接温度、方法进行优化，在不影响钛及钛合金材料物理特性及化学稳定性的基础上，保证焊接质量。
二、钛及钛合金材料焊接技术问题分析（一）焊接塑性及韧性问题和所有金属材料类似，钛及钛合金材料具有很好的塑性，而焊接技术本身就是对金属材料塑性特性的发挥。
如果焊接施工时材料混入气体或其他杂质，很容易导致其金属塑性受到影响。
钛元素的金属活动性位于铝元素和锌元素之间，焊接时连接点的温度大幅度升高，相对较高的金属活动性让材料开始吸收各种气体。
钛及钛合金的焊接
钛及钛合金的焊接本文说尽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，但是塑性显著降低。
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，具有许多显著特点，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著，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，合冲击性能显著降低；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。
钛及钛合金的焊接
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。
钛合金的焊接及检测
钛合金的焊接及检测常温下，钛及钛合金是比较稳定的，钛及钛合金作为结构材料有许多优点，如比重小、抗拉强度和屈服强度高，在300~500℃下仍具有足够高的强度，在海水及大多数酸碱盐的介质中均具有优良的抗腐蚀性能，在航空、化工、核工业上日益获得广泛的应用。
但随着温度的上升，钛及其合金吸收氢气、氧气和氮气的能力逐渐上升。
钛从250 ℃开始吸氢，从400 ℃开始吸氧，从600 ℃开始吸氮。
由于钛合金同O2、N2 、H2 的亲和力高，接头中含有这些气体时会使接头变脆，降低钛合金焊接接头的冲击性能、塑性和韧性。
钛合金中含有氢时会在热影响区产生延迟裂纹。
而当焊缝中含氧、氮量较高时，焊缝或热影响区在较大的焊接应力作用下也会出现裂纹，该裂纹也属于延迟裂纹。
因此惰性气体( 或真空室) 保护是非常必要的。
由于使用真空室本钱较高，所以一般使用惰性气体保护的方法。
保护气体主要有氦气和氩气，由于氦气价格高于氩气，一般来说，对不是特殊要求的钛合金的焊接接头和热影响区，使用高纯氩气进行保护就可以防止氧化。
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玄色金属( 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，一些工程师们仍然以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职员才能保证气体保护符合要求。
实际上，很多焊接手段均可以用来焊接钛合金。
由于在焊接过程中引进的空气的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。
钛及钛合金管道的焊接
钛及钛合金管道的焊接摘要：本文通过对钛及钛合金金属物理化学性质的总结，分析了钛合金的焊接性及其存在的主要缺陷，提出了相应的解决方案，以作为同类型项目的有益参考。
关键词：钛合金；焊接性；焊接工艺钛及钛合金是二十世纪四十年代末开始发展起来的一种优良的工业金属材料，其主要特点是密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温以及良好的低温性能，并且具有某些特殊的物理、化学特性，如超导、记忆、储氢等特殊功能，因此在宇航、航空、化工、石油、冶金、电力、医疗等领域得到了广泛的应用。
我公司承接的美国某化工项目中涉及到大量的钛及钛合金管道的焊接，该项目采用美国ASTM标准，主要包括ASTM B861GR2，GR7和GR12等级别的材料。
其中ASTM B861GR2位纯钛管材，ASTM B861GR7为添加了0.12%到0.25%的钯元素的钛管，ASTM B861GR12为含钼0.3%，含镍0.8%的钛合金。
由于我国钛资源丰富，储量居世界首位，因此所有钛材都从国内采购，按美国ASME IX 标准进行焊接工艺评定和焊接。
由于这是我公司首次焊接上述钛及钛合金管道，没有现成的工艺可用，因此必须从分析钛及钛合金的物理化学性质及其焊接性开始，制定正确完善的焊接工艺，预判其焊接过程中可能出现的缺陷问题并提前制定预防方案，方能保证该项目的顺利进行。
1.钛及其合金的物理化学性质钛的主要物理性能为：密度4.5g/cm3，熔点1688℃，比热容522J/（kg·K），热导率16J/（m·s·K）。
钛有两种结构：882℃以下为密排六方晶格结构，称为α钛；882℃以上为体心立方晶格结构，称为β钛。
钛和常用的奥氏体不锈钢ASTM A312 TP304L的主要物理性能对比如下：从上表可以看出，钛的比强度接近不锈钢的3倍，这让钛材在某些要求强度高、重量轻的领域（如宇航）相对于不锈钢有不可替代的优势。
钛的化学性质活泼，对氧有极高的亲和力。
钛及钛合金的焊接性
钛及钛合金的焊接性简介钛及钛合金是一种具有优异性能的金属材料，其在航空航天、化工、医疗等领域有着广泛的应用。
然而，由于其特殊的化学特性和高熔点，钛及钛合金的焊接性相对较差。
本文将介绍钛及钛合金的焊接性能，包括它们的焊接方法、焊接材料以及焊接工艺参数等方面的内容。
1. 钛及钛合金的化学特性钛及钛合金具有以下化学特性： - 高熔点：钛的熔点约为1668℃，比绝大多数金属材料都要高。
- 强氧化性：钛具有很强的氧化性，容易与空气中的氧发生反应生成氧化钛，从而影响焊接质量。
- 低热导率：钛的热导率较低，导致焊接过程中热量聚集较大，容易产生焊接变形和残余应力。
2. 焊接方法钛及钛合金的焊接方法主要包括以下几种： - 气体保护电弧焊：气体保护电弧焊是一种常用的焊接方法。
在此方法中，钛及钛合金的焊接区域通过惰性气体（如氩气）进行保护，以防止氧与钛反应。
根据电弧是否直接接触工件，气体保护电弧焊可分为两种形式：非等离子弧焊和等离子弧焊。
- 电阻焊接：电阻焊接是一种将两个钛片或钛合金片通过压力和电流形成焊接接头的方法。
该方法适用于薄板材焊接，可以实现高强度、高气密性的焊接。
- 激光焊接：激光焊接是一种高能量密度焊接方法，可以实现高精度且无接触的焊接。
由于激光焊接具有快速加热和冷却的特点，因此可以减少热输入和热影响区域，从而降低焊接变形和残余应力。
3. 焊接材料钛及钛合金的焊接材料包括焊条、焊丝和焊剂。
选择合适的焊接材料对于实现良好的焊接质量至关重要。
- 焊条：钛及钛合金的焊条通常包括钛合金芯材和焊剂。
焊剂在焊接过程中起到保护气氛、清除氧化物和提供容量等作用。
常用的焊条有纯钛焊条和钛合金焊条。
- 焊丝：钛及钛合金的焊丝用于气体保护电弧焊和激光焊接等方法。
焊丝要具有良好的流动性和抗氧化性，并且与基材的化学成分相匹配。
- 焊剂：焊剂在焊接过程中起到清除氧化物、降低熔点和提供容量的作用。
常用的焊剂有钛酸钠、硼酸钠等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
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。
⑶冷裂倾向较大溶解于钛中的氢在320℃时和钛会发生共析转变，析出TiH2，引起金属塑性和冲击韧度的降低，同时发生体积膨胀而引起较大的应力，严重时会导致产生冷裂纹。
⑷易产生气孔产生气孔的气体是氢。
因氢在钛中的溶解度随温度升高而下降，焊接时，沿熔合线附近加热温度高，会引起氢的析出，因此气孔常在熔合线附近形成。
⑸变形大钛的弹性模量约比钢小一半，所以焊接残余变形较大，并且焊后变形的矫正较为困难。