一、影響鈦材焊接質量的因素

1.氣體雜質對焊縫金屬性能的影響

鈦具有很高的化學活潑性，與空氣中的氧、氮有極高的親和力。在較低的溫度下，鈦與氧相互作用生成一層致密的氧化膜，隨著溫度的提高，氧化膜的厚度隨之增厚，超過600℃鈦開始吸氧并使氧溶解到鈦中。溫度再高，鈦的活性就會急劇增加并與氧發生激烈反應而生成鈦的氧化物。鈦在300℃以上開始吸氫，在700℃以上開始吸氮。氧和氮對鈦污染的結果是使鈦強度和硬度增高而塑性降低。氮比氧的影響程度更大，氫在鈦中含量從0.01%～0.05%會使焊縫金屬的沖擊韌性急劇下降，而塑性卻下降較少。這是氫化物引起的脆性，即所常說的“氫脆”。氫也是引發焊縫產生氣孔的根源。

熔化焊接過程中，熔池像一個小冶金爐，熔融金屬暴露在大氣中。如果不采取相應的防護措施使熔融的金屬鈦與空氣隔絕，則氧、氮、氫等氣體元素就會熔入鈦中，形成脆性氧化物或氮化物，致使焊縫金屬的塑性急劇降低，拉伸強度提高，嚴重的情況下將發生脆斷，塑性等于零。

2.其他雜質對焊縫金屬性能的影響

其他雜質是指除氣體雜質外，可能熔入熔池的雜質。其來源可能是焊接操作環境不清潔、戴臟手套觸摸鈦焊件遺留下油污、焊接前用棉紗擦洗接頭、坡口可能留下的棉絮、焊接生產環境與鋼鐵焊接生產混合可能產生的鐵銹、水分和其他一些有機物等。這些污染物在電弧高溫作用下分解出氧、氫、氮、碳等元素，然后溶于熔融的鈦中。當這些元素的量超過在鈦中的溶解度時，便形成相應的化合物（TiO2 TiH2 TiN TiC)。這些化合物隨著熔池結晶而進入鈦的晶格中，致使鈦的晶格畸變、歪曲，從而改變了鈦的力學性能。

有些微量元素少量溶入鈦中，如果其量不超過允許的范圍是可以的，有時也是我們所希望的。但超量的雜質元素含量是不允許的，特別是有機物雜質，有百害而無一利，這是因為這些雜質元素除使鈦焊接的力學性能變差，降低而腐蝕性外，還是焊縫中產生氣孔的根源。

3、焊接金屬和接頭熱影響區的組織變化

鈦是有同素異形體轉變的金屬。在882.5℃開始發生組織的固態轉變。882.5℃以下晶體結構為密排六方結構，稱為α鈦；在高于882.5℃時，α結構的鈦轉變為體心立方結構的β鈦。這個轉變過程是熔池由液態變為固態的“瞬間”完成的。而這個“瞬間”長短差異仍對熔池的結晶形式有影響，“瞬間”越長越有利于柱狀晶生長。由于鈦具有熔點高（1668℃），熱容量大和導熱差等特性，所以焊接時焊縫受到焊接線能量大小和焊縫強制冷卻的好壞影響，焊縫處于高溫下滯留的“瞬間”就有差異。“瞬間”稍長給熔池結晶的柱狀晶長大和接頭熱影響加寬提供了條件。這也是焊接接頭塑性下降的重要原因之一。接頭的拉伸強度斷口往往發生在焊縫熱影響區。為了降低這一不良影響，鈦焊接時盡量采用較軟的焊接規范，即用較小的焊接線能量和較快的冷卻速度。

4、氣孔是鈦焊縫中常見和較難避免的缺陷

氣孔生成的機制是焊接過程中溶入液態金屬中的氣體經過擴散、脫溶、成核、長大等過程而形成氣泡。由于熔池的凝固結晶速度很快，長大的氣泡來不及逸出液態金屬時就以氣孔的形式殘留在固態金屬中。釀成氣孔的氫氣和CO等氣體主要源自有機物的污染物，經電弧熱作用所產生的。有時焊接前對焊件和焊材做了充分的清潔、清洗，氬氣保護的效果也理想，但焊縫中仍然有氣孔。鈦材專家的實踐經驗表明，空氣中的水分對焊接影響很大。在實驗中，相對濕度小于40%的焊接環境下，焊縫基本沒有發現；在相對濕度大于90%以上的環境中，焊縫中存在的氣泡既多又大。充分說明空氣的濕度大小是氣孔產生的重要原因之一。

二、鈦材的焊接方法

1、手工鎢極氬弧焊

鎢極氬弧焊非熔化極電弧焊，是利用鎢極與被焊工件之間產生的電弧熱熔化被焊件的接縫并使焊件熔在一起，焊接過程中可以填加焊絲也可以不加焊絲，且鎢極、熔池、焊縫的近縫區以及填加焊絲的熔化端都應處于氬氣的保護中。

施焊一般采用非接觸式的高頻引弧，弧長控制在1.0～1.5倍電極直徑。角焊縫時弧長可稍長，焊嘴向后（反焊接方向）傾斜75度。焊接電流是電弧焊的最重要技術參數，它對焊縫熔深、焊速、熔敷金屬量以及焊縫質量有直接的影響。鎢極氬弧焊焊鈦常用正接法的焊接電源，即正極連接焊件，負極連接焊把。正接法電弧所產生的熱能30%集中在鎢極上，而70%的熱能集中在被焊件上，所以相對反接法而言，熔深較深。電弧自開始引弧到熄弧必須與氬氣供給和停氣的時刻相匹配，即電弧引弧前提前供氣，而電弧熄弧后氬氣必須滯后停氣。

2、保護氣體

保護氣體從焊嘴噴出覆蓋了整個鎢極長度和電弧熔化的熔池區免受空氣污染。常用的氣體是惰性氣體氬或氦。氬氣的導熱系數小，在電弧作用下不發生分解吸熱，所以氬氣的熱損耗較少，電弧電壓較低，約為8～15V。保護效果好壞除保護氣體的純度（大于99.98%)很重要外，還與焊嘴幾何尺寸設計有關，即能保證由焊嘴噴出的氬氣流為層流而不能是紊流。一般情況下，焊嘴高度為噴口直徑的1.5倍。

三、鎢極氬弧焊焊接工藝

1、接頭與坡口

在鈦材焊接中，各種接頭形式都有，如對接，搭接，角接，管板焊接等。板厚一般為1.0～10mm，還有不同厚度板材相接。接頭與坡口對獲得優質焊縫是很重要的。

2、焊前清理

鈦材焊件以及焊絲（填充絲）很容易被污染，如鈦材生產過程用的潤滑劑殘留以及氧化膜、油污、油漆、涂層、手印等。如果這些污染物不在焊接前清除掉，將會在焊接時與電弧熱作用分解出有害雜質溶于焊縫金屬中，對焊縫質量產生不良影響。

3、鈦材手工鎢極氬弧焊焊接規范

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