钛及钛合金
出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《焊接技术手册》第600页（2893字）
钛及钛合金按其室温组织可分为：α、β及α+β三类。工业纯钛(组织为α)及α钛合金可焊性好。α+β钛合金中，只有那些β形成元素含量较低的可焊性尚好，其中Ti－6Al－4V应用最广，其焊接接头既可在焊态下使用，又可通过焊后固溶和时效处理进一步强化。大多数的α+β及β钛合金可焊性较差，焊态接头塑性低，具有冷裂倾向。钛及钛合金可焊性见表10－72。
表10－72 钛及钛合金的可焊性
1．焊接特点
(1)钛的化学活性大，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，吸收氧、氮、氢、碳等，使焊接接头塑性和韧性降低，并易引起气孔。因此，焊接时对熔池、焊缝及温度超过400℃的热影响区都要妥善保护。
(2)钛的熔点高、热容量大、导热性差，焊接接头易产生晶粒长大，形成过热组织，特别是β钛合金，易引起塑性降低。而在焊接接头冷却较快时，又易生成不稳定的脆性α′(钛马氏体)相，使焊接接头塑性下降。因此，对焊接线能量要控制，宜用小电流、快速焊。
(3)在氢和焊接残余应力作用下，可导致冷裂纹。对焊接接头的含氢量要控制，对复杂的焊接结构需要消除应力处理。
(4)钛的弹性模量约比钢小一半，焊接变形大，矫形困难。
2．焊接工艺
钛及钛合金的焊接方法列于表10－73。
表10－73 钛及钛合金焊接方法
(1)氩弧焊：坡口形状与不锈钢的相似，原则上用机械加工或用氧－火焰切割后机械加工。用机械方法(细砂纸)或酸洗法清除焊接区和焊丝表面氧化物、污垢等杂质。通常用硝酸洗后以热水冲洗、晾干。清理后放置时间不宜过长，焊前再用丙酮擦洗焊件焊接区和焊丝。焊接场地应洁净，尽量避免使用铁制工具。
要求氩气纯度≥99．99%。露点在－40℃以下。表10－74为钛及钛合金氩弧焊的保护措施。图10－31为局部保护措施示意图。
表10－74 钛及钛合金氩弧焊保护措施
图10－31 局部保护示意图
1．焊枪 2．气保护罩 3．焊件 4．挡板 5．气保护垫板 6．压板 7．冷却块 8．玻璃罩
保护效果可通过焊接区正反面的表面颜色作大致评定(表10－75)。但有些情况(如多道焊)，焊接熔池已受污染，虽冷却过程中有良好保护，颜色正常，也不表示焊接质量好。有效的方法是检验焊接接头正、反面的弯曲角和维氏硬度。弯曲角降低和硬度提高标志污染程度增大。
表10－75 焊接区颜色与质量的关系
手工或自动钨极氩弧焊用直流正接，熔化极氩弧焊时因有飞溅易使焊缝污染，宜慎用。尽量采用高频引弧。
钛及钛合金钨极或熔化极氩弧焊填充材料，可选用与母材同成分的焊丝。有时为提高焊缝金属塑性，也可选用强度稍低的焊丝，如焊接Ti－5Al－2．5Sn或Ti－6Al－4V用纯钛焊丝。含铝焊丝对产生气孔较敏感。表10－76为手工钨极氩弧焊工艺参数。
表10－76 手工钨极氩弧焊工艺参数
钛制设备焊后一般不进行消除应力退火处理，但焊件形状复杂或在有应力腐蚀条件下工作时除外。在空气中消除应力处理常选用550～650℃、保温45～60min；在氩气或真空中完全退火选用700～750℃、保温30～60min。焊后消除应力处理常与热矫形结合起来，尽量用电炉加热；用火焰炉时，用微氧化性火焰，防止火焰直接接触工件，也可采用高温涂料保护。无保护气氛中热处理所产生表面吸气层应清洗掉。(处理温度不超过600℃时，用氢氟酸硝酸水溶液；超过600℃时，先用熔融碱池或液体喷砂，然后酸洗)。
Ti－6Al－4V固溶处理，采用910～940℃，20～30min；时效处理，采用480～540℃，4～10h。焊接接头机械性能见表10－77，焊缝金属机械性能见表10－78。
表10－77 工业纯钛(TA1)钨极自动氩弧焊接头机械性能
表10－78 焊缝金属室温机械性能
(2)等离子弧焊接：表10－79为等离子弧焊接工艺参数。由于钛在液态，表面张力大，很适合用于小孔效应法等离子弧焊，焊接厚3～12mm对接接头，焊接过程稳定，工艺参数调节范围大，焊缝正反面成型美观。
表10－79 工业纯钛等离子弧焊接工艺参数
注：焊丝直径1mm，钨极直径5mm。
等离子弧焊接的保护方式与氩弧焊相同，但由于它的线能量大，因此要加强焊接区的保护和冷却效果。采用随焊枪移动的水冷保护滑块，既增强气保护作用，又可加快焊接区冷却，使用效果良好。工业纯钛等离子弧焊接头机械性能见表10－80。
表10－80 工业纯钛(TA1)等离子弧焊接头机械性能
(3)真空电子束焊：应用真空电子束焊焊接钛及钛合金，焊缝纯度高，塑性好，焊接接头的晶粒长大倾向小。
(4)压力焊：扩散焊要求真空，高频焊要用氩气保护，电阻焊工艺参数接近奥氏体不锈钢，点焊时要用球面电极。
(5)钎焊：真空钎焊的真空度应达到1．33×10－2～133×10－3Pa。用氩气保护时，气体露点应低于－57℃。可采用银基、铝基、金基、钛基等钎料。常用的钎料有：银－铜、银－铝－锰和钛－铜－镍等。