摘 要：鈦合金具有強度高和密度低的優(yōu)良特性，因而在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中焊接工藝和質(zhì)量是影響鈦合金應(yīng)用的重要因素之一。本文首先介紹了鈦合金的材料特性，接著對鈦合金的材料特點尤其是焊接特性進行了分析，并在此基礎(chǔ)上重點介紹了鈦合金焊接的技術(shù)措施、焊后處理及檢測，最后對鈦合金焊接的工藝要點進行了總結(jié)。

　　關(guān)鍵詞：鈦合金；焊接；檢驗

　　1 概述

　　鈦是繼鋁、鐵、鎂之后在地殼中含量最大的金屬元素。鈦合金的密度為4.51g/cm3，強度在800-900MPa（高強度鈦合金可達到1000MPa以上）。由于具有強度高和密度低的優(yōu)良特性，因而在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。在鈦合金的應(yīng)用領(lǐng)域中，經(jīng)常需要采用焊接的方式。由于鈦合金焊接對于焊接工藝和條件要求較高，因此，研究鈦合金的焊接工藝對于其應(yīng)用具有重要意義。

　　2 鈦合金焊接特性

　　氣孔和脆化是影響鈦合金焊接質(zhì)量的兩大主要因素。焊接時隨著溫度的升高，鈦合金吸收氧氣、氫氣、氮氣的能力也隨之明顯上升。氮和氧會對對接頭的強度和彎曲塑性影響較大，氫主要影響接頭的沖擊韌性。

　　氣孔是鈦合金焊接中最容易產(chǎn)生的缺陷，鈦合金焊接區(qū)容易受到雜質(zhì)氣體的污染而產(chǎn)生氣孔。空氣中的N2、O2、H2等都是產(chǎn)生鈦合金焊接氣孔的主要原因。氣孔的出現(xiàn)會使鈦合金焊縫出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題，并減小受力面積，嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量。

　　3 焊接工藝

　　為使鈦合金焊接達到設(shè)計要求，需要對焊接每一步驟均嚴(yán)格要求，提出控制措施。

　　3.1 焊前準(zhǔn)備

　　3.1.1 操作條件及設(shè)備

　　場地清潔、無其他金屬粉塵污染，用于鈦合金的工具、工裝不得與其他金屬混用。

　　3.1.2 下料

　　焊接件尤其是薄板件，推薦采用線切割、水切割等方式下料。

　　3.1.3 清理

　　由于鈦合金焊接質(zhì)量容易受到雜質(zhì)的影響。因此，在焊接之前，需要對焊接件尤其是焊接坡口進行嚴(yán)格清理。通過機械擦拭和打磨，并用丙酮、乙醇等溶劑對坡口進行擦拭，確保焊接處的清潔。

　　3.2 施焊

　　3.2.1 焊接

　　?合金焊接通常采用鎢極氬弧焊，并對焊接部位設(shè)計V型坡口。

　　在焊接過程中，嚴(yán)格遵照焊接工藝操作。根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)和工件尺寸，選擇合適的控制電流、氣流量和施焊速度等工藝參數(shù)。氣體保護托罩應(yīng)與施焊處結(jié)構(gòu)吻合，熱影響區(qū)均能很好保護。

　　焊接區(qū)域須避免與鐵質(zhì)材料接觸，防止污染引起的焊縫脆化和降低抗蝕性。焊接過程使用起弧板并及時清理；弧熄時未熔填充料留于保護罩內(nèi)或再次焊接前清除，避免焊縫污染。

　　焊接過程每道焊接工步間均需進行檢查。每層焊接完成后及時檢查焊縫顏色，銀白色則不需層間清理；淡黃色、淡藍色應(yīng)進行表面清理；出現(xiàn)其他顏色應(yīng)將焊縫去掉，重新施焊。

　　3.2.2 氣體保護及焊接控制

　　為了保證焊接質(zhì)量，必須對焊縫進行氣體保護。鈦合金的焊接通常采用99.9%-99.99%的氬氣作為保護氣體，并采用三面或者前后吹氣的方式進行焊接保護。焊接電流和電壓以及流量，可根據(jù)焊絲或者焊條直徑以及單層焊縫高度進行調(diào)整。

　　4 焊后去應(yīng)力處理及檢測

　　4.1 去應(yīng)力

　　（1）真空退火，是目前最有效的去應(yīng)力方法。但對于大型焊接件，常受到設(shè)備空間的限制。

　　（2）機械錘擊，采用沖擊錐在焊接過程中對焊縫進行沖擊振動。

　　（3）振動時效，將焊接件放置在振動臺等設(shè)備上進行振動，消除殘余應(yīng)力。

　　4.2 焊縫檢查

　　目前工程上對于鈦合金焊縫常用的檢測方法主要有以下兩種：

　　（1）滲透探傷（PT）。滲透探傷是目前鈦合金探傷最主要的檢測方法。其原理是通過熒光粉噴涂在焊縫表面，并通過顯像劑滲透吸附成像的方法，探測出焊縫中的缺陷。對于裂紋和氣孔等缺陷，具有良好的探測效果。

　　（2）射線探傷（RT）。射線探傷是近些年開始逐漸受到廣泛應(yīng)用的一種方法。其原理是利用X、γ射線照射焊縫，通過分析成像圖片檢測焊縫缺陷的一種方法。射線探傷方法可用來檢測焊縫表面及內(nèi)部缺陷。對于對接和單“V”形焊縫的檢測非常有效，但對于角焊縫尤其是交叉焊縫等復(fù)雜焊縫，由于射線對焊縫與焊縫或焊縫與本體形成的透射影像會產(chǎn)生重疊，導(dǎo)致對焊縫缺陷的判定較為困難。

　　5 總結(jié)

　　綜上所述，由于鈦合金的化學(xué)活性很高，極易受氫、氧、氮的污染。因此，要保證鈦合金的焊接質(zhì)量，需要從焊前準(zhǔn)備、施焊、焊后處理和檢測等多個環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，確定合理嚴(yán)格的工藝流程和參數(shù)。

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　　作者簡介：陳陽（1982-），男，碩士研究生，工程師，主要從事機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)研究。