钛及钛合金的焊接

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蚀性，540摄氏度以上生成的氧化膜则不致密，高温下钛与氧、氮、氢反应速度较快，钛在300摄氏度以上快速吸氢，600摄氏度以上快速吸氧，700摄氏度以上快速吸氮，在空气中钛的氧化过程很容易进行。
         工业纯钛薄板在空气中加热至650~1000摄氏度，温度越高，时间越长，弯曲塑性下降越多，焊接时刚凝固的焊缝金属和高温近缝区，如果不能受到有效的保护，必然引起塑性下降；液态的熔池和熔滴若得不到有效保护，则更容易受到空气等杂质沾污，脆化程度更严重。

        由于钛及钛合金的特殊性，因此焊接过程中存在以下困难。
         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。
         4).金属间化合物引起脆化
         钛只能与很少几种稀有金属如Zr、Hf、Nb、Ta、V等无限固溶，易于实际直接焊接，而钛与常用金属（如：铁、钴、镍、铜、铝）都会发生成多种金属间化合物，而金属间化合物晶体存在共价键，且晶体结构复杂，对称性差，滑移系少，位错运动困难，因此大多金属间化合物具有脆性，从而引起焊缝脆化，使焊接带来极大的困难。
         5).焊接相变化引起性能变化
         由于钛的熔点高，比热及热导系数小，冷却速度慢，焊新热影响区在高温下停留时间长，使高温晶粒极易过热粗化，接头塑性降低。 
         6).裂纹
         由于钛及钛合金中S、P、C等杂质很少，低熔点共晶很难在晶界出现，有效结晶温度区间窄，加之焊缝凝固时收缩量小，因此很少出现焊接热裂纹。
         焊接时保护不良时，会出现热应力裂纹和冷裂纹；另焊接时熔池和低温区母材中的氢向热影响区扩散，会引起延迟裂纹；加强焊接保护，防止有害杂质沾污和焊前预热，焊后缓冷可以减少甚至消除热应力裂纹和冷裂纹。 
         7).气孔
         气孔是钛及钛合金焊接时最常见的焊接缺陷，分焊缝中部气孔和熔合线气孔两种。气孔的存在将大幅降低接头的疲劳强度， 焊丝和工件表面清洁度则是引起气孔的主要原因。

        钛及钛合金的焊接工艺
         1).数字化脉冲熔化极气体焊护焊（脉冲MIG焊机）
         采用伟晟公司的DSP系列数字化脉冲熔化极气体保护焊，此焊机具有较大且集中的热功率，用于中厚板的焊接，可减少焊接层数，提高焊接速度和生产率，降低成本，另外气孔也比钨极氩弧焊少。焊丝需用气保焊专用的ERTi-1、ERTi-2、ERTi-3、ERTi-4、ERTi-6-Al；短路过渡适合较薄件焊接，喷射过渡则适合较厚件焊接，由于脉冲熔化极焊接时填丝较多，故焊接坡口角度较大，厚15~25mm一般选用90度单面V形坡口或不开坡口，留1~2mm间隙两面各焊一道，另外可用拖罩加强焊接时的保护。