钛和钛合金的焊接性

出处：按学科分类—工业技术 上海科学技术文献出版社《焊接材料选用手册》第317页（1294字）

从上述三种类型的钛合金来看，α型钛合金(包括纯钛)焊接性能最好，β型钛合金的焊接性能最差，而α+β型钛合金的焊接性能则处于两者之间，其中α相较多的更好一些。

钛和钛合金的焊接性主要表现在以下几个方面：

(1)氢、氧、氮等杂质元素对接头性能的影响 钛在高温下对氢、氧、氮有强烈的吸收能力，随着温度的升高，吸收能力增加。如果在焊接冷却过程中，焊缝金属和热影响区吸收了过多的氢、氧、氮，必将引起塑性的下降，造成脆化。在上述元素中，氧和氮为α稳定化元素，并作为间隙元素固溶于钛中。过量的氧和氮会使钛晶格畸变，促使强度和硬度上升，塑性和韧性下降。氢是β稳定化元素，随着含氢量的增加，焊缝金属的冲击韧性急剧下降，这是由于氢化物(如氢化钛)的作用所致。所以在焊接过程中必须保护熔池免受上述元素的侵入，以提高焊缝和热影响区的纯洁性。

(2)焊接接头的裂纹敏感性 钛和钛合金由于高温塑性好，液相线与固相线的温度区间窄，而且凝固时的收缩量也比较小，加上硫、磷、碳等杂质少，在晶界上很少有低熔点共晶集聚，所以一般很少产生热裂纹。但钛和钛合金焊后有时亦会产生冷裂纹，形成冷裂纹的机理主要是熔池中的氢向热影响区扩散，使热影响区含氢量增加，这样在焊接应力的作用下会引起开裂。而且，氢从固溶体中析出而形成氢化钛，使金属脆化，也是造成开裂的原因之一。总之钛和钛合金焊接接头对裂纹的敏感性较低。

(3)钛和钛合金在焊接时的相变引起性能的变化 如上所述，钛和钛合金可分为α合金、α+β合金和β合金三种。工业纯钛和TA类合金均为α合金，其代表合金为TA2和TA7等。这类合金的焊接性能良好，但热影响区由于晶粒变粗，且焊缝金属呈铸态，故接头性能有所降低。

α+β合金在钛合金中应用较多，其代表合金为TC4和TC10等。在这类合金中，β组织较少的合金可焊性较好，但接头塑性比α合金低。β组织多的合金在冷却过程中会出现各种马氏体相，如α′相、α″相和ω相，塑韧性进一步下降，冷却速度愈大，下降更厉害。所以在焊接α+β合金时宜采用较大的热输入量进行焊接。此外，进行合适的焊后热处理，也可适当改善塑性。

β合金焊后强度下降较大，焊后热处理可适当提高其强度，但塑性下降，二次时效可显着提高其塑性。其代表合金为TB2。

(4)焊缝气孔 钛和钛合金焊接时易产生气孔，产生气孔的原因主要是母材与焊丝中的气体含量高以及氩气的纯度不足。此外，焊接坡口及其周围以及焊丝表面的油、脂和污染物也是造成焊缝中气孔的重要因素。

由于受焊接性的影响，故在实际焊接结构中应用最多的钛和钛合金主要是TA2、TA7和TC4等数种。