鈦及鈦合金的材料特點及焊接性、并針對鈦及鈦合金焊接中易產生氧化、裂紋、氣孔籌焊接缺陷，進行了焊接性試驗。能過對鈦及鈦合金焊接工藝規范的不斷摸索，以及對試驗過程出現的問題的合理分析，總結出鈦及鈦合金焊接工藝特點及操作要領。鈦合金板生產廠家-立坤鈦業對鈦及鈦合金材料的分類、特點、焊接性等的相關技術資料，分享如下：

一、鈦及鈦合金的分類及特點

工業純鈦有TA1、TA2、TA3三種，其區別在于含氫氧氮雜質的含量不同，這些雜質使工業純鈦強化，但是塑性顯著降低。工業純鈦盡管強度不高，但塑性及韌性優良，尤其是具有良好的低溫沖擊韌性；同時具有良好的抗腐蝕性能。所以，這種材料多用于化學工業、石油工業等，實際上多用于350℃以下的工作條件。

根據鈦合金退火狀態的室溫組織，可將鈦合金分為三種類型：

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α型鈦合金、(α+β)型鈦合金及β型鈦合金。

α型鈦合金中，應用較多的是TA4、TA5、TA6型的Ti-AI系合金和TA7、TA8型的Ti+AI+Sn合金。這種合金室溫下，其強度可達到931N/mm2，而且在高溫下（500℃以下）性能穩定，可焊性良好。

β型鈦合金在中國的應用量較少，其使用范圍有待進一步擴大。

二、鈦及鈦合金的焊接性

鈦及鈦合金的焊接性能，具有許多顯著特點，這些焊接特點是由于鈦及鈦合金的物理化學性能決定的。

1、氣體及雜質污染對焊接性能的影響

在常溫下，鈦及鈦合金是比較穩定的。但試驗表時，在焊接過程中，液態熔滴和熔池金屬具有強烈吸收氫、氧、氮的作用，而且在固態下，這些氣體已與其發生作用。隨著溫度的升高，鈦及鈦合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升，大約在250℃左右開始吸收氫，從400℃開始吸收氧，從600℃開始吸收氮，這些氣體被吸收后，將會直接引起焊接接頭脆化，是影響焊接質量的極為重要的因素。

1.1 氫的影響

氫是氣體雜質中對鈦的機械性能影響最嚴重的因素。

焊縫含氫量變化對焊縫沖擊性能影響最為顯著，其主要原因是隨縫含氫彈量增加，焊縫中析出的片狀或針狀TiH2增多。TiH2強度很低，故片狀或針狀衛HiH2的作用例以缺口，合沖擊性能顯著降低；焊縫含氫量變化對強度的提高及塑性的降低的作用不很時顯。

1.2 氧的影響

氧在鈦的α相和β想中都有有較高的熔解度，并能形成間隙固深相，使用權鈦的晶傷口嚴重扭曲，從而提高鈦及鈦合金的硬度和強度，使塑性卻顯著降低。為了保證焊接接應的性能，除了在焊接過程中嚴防焊縫及焊按熱影響區發主氧化外，同時還應限制基本金屬及焊絲中的含氧量。

1.3 氮的影響

在700℃以上的高溫下，氮和鈦發生劇作用，形成脆硬的氮化鈦（TiN）而且氮與鈦形成間隙固溶體時所引起的晶格歪挪程度，比是量的氧引起的后果更為嚴重，因此，氮對提高工業純鈦焊縫的抗拉強度、硬度，降低焊縫的塑性性能比氧更為顯著。

1.4 碳的影響

碳也是鈦及鈦合金中常見的雜質，實驗表明，當碳含量為0.13%時，碳因深在α鈦中，焊縫強度極限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用強烈。但是當進一步提高焊縫含碳量時，焊縫卻出現網狀TiC，其數量隨碳含量增高而增多，使焊縫塑性急劇下降，在焊接應力作用下易出現裂紋。因此，鈦及鈦合金母材的含碳量不大于0.1%，焊縫含碳量不超過母材含碳量。

2、焊接接頭裂紋問題

鈦及鈦合金焊接時，焊接接頭產生熱裂紋的可能性很小，這是因為鈦及鈦合金中S、P、C等雜質含量很少，由S、P形成的低熔點共晶不易出現在晶界上，加之有效結晶溫度區間窄小，鈦及鈦合金凝固時收縮量小，焊縫金屬不會產生熱裂紋。

鈦及鈦合金焊接時，熱影響區可出現冷裂紋，其特征是裂紋產生在焊后數小時甚至更長時間稱作延遲裂紋。經研究表明這種裂紋與焊接過程中氫彈的擴散有關。焊接過程中氫由高溫深池向較低溫的熱影響區擴散，氫含量的提高使該區析出TiH2量增加，增大熱影響區脆性，另外由于氫化物析出時體積膨脹引起較大的組織應力，再加上氫原子向該區的高應力部位擴散及聚集，以致形成裂紋。防止這種延遲裂紋產生的辦法，主要是減少焊接接頭氫的來源，發票時，也呆進行冥空遏火處理。

3、焊縫中的氣孔問題

鈦合金板、鈦合金絲等鈦及鈦合金焊接時，氣孔是經常碰到的問題。形成氣孔的根本原因是由于氫影響的結果。焊縫金屬形成氣孔主要影響到接頭的疲勞強度。

防止產生氣孔的工藝措施主要有：

3.1 保護氖氣要純，純度應不低于99.99%

3.2 徹底清除焊件表面、焊絲表面上的氧化皮油污等有機物。

3.3 對熔池施以良好的氣體保護，控制好氬氣的流量及流速，防止產生紊流現象，影響保護效果。

3.4 正確選擇焊接工藝參數，增加深池停留時間使用權于氣泡逸出，可有效地減少氣孔。

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