鈦及鈦合金由于密度小、強度高、耐熱耐腐蝕性能優(yōu)異而廣泛地應(yīng)用于航空航天、石油化工、造船等部分。目前高性能的飛機、坦克正在采用鈦合金部件，而且在石油化工部分中鈦合金部件使用的范圍也正在逐漸擴大。而鈦合金在飛機及其發(fā)動機和石油化工部分上的應(yīng)用，不可避免需要使用焊接手段進行連接，這對擴大鈦合金的應(yīng)用范圍具有重要的意義。本文主要先容鈦合金焊接過程中需要留意的一些題目，以期引起同行的留意。

　　一、鈦合金的焊接性

　　大多數(shù)鈦合金可以使用氧乙炔焊的方法進行焊接，并且所有的鈦合金均可以使用固態(tài)焊接方法進行焊接( 如TI G、MIG 、等離子弧焊、激光和電子束焊接) 。事實上，鈦合金焊接接頭發(fā)生裂紋的傾向性要比玄色金屬( 如鐵合金、鎳合金) 小得多。盡管鈦合金具有如此良好的性質(zhì)和其他一些優(yōu)異的焊接特性，一些工程師們?nèi)匀灰詾殁伜辖鸬暮附邮窍喈斃щy的，主要在于鈦合金焊接對于氣體保護的要求特別高，一般只有非常專業(yè)的職員才能保證氣體保護符合要求。實際上，很多焊接手段均可以用來焊接鈦合金。由于在焊接過程中引進的空氣的N2 、O2 和含碳物質(zhì)使得鈦合金的熔化焊接頭變脆，因此待焊區(qū)一定要清理干凈并使用惰性氣體保護。焊接材料基本上也是根據(jù)被焊材料的特性進行選取的。鈦合金的焊接性一般根據(jù)焊接接頭的延展性和強度來評價。常見鈦合金的焊接性如表所示。

　　關(guān)于鈦合金的激光焊接目前的應(yīng)用趨勢是越來越廣泛，激光焊接的變形小，生產(chǎn)效率高，而且實現(xiàn)自動化的程度比電子束和TIG 要高。同電子束焊接相比，激光焊不需要真空室等復(fù)雜的設(shè)備，所以激光焊接實用性更強，而且激光焊可以以不同焊接狀態(tài)直接焊接。CO2 激光由于功率大，使用25kW/h 可以一次性焊透20mm厚的鈦板。Nd ： YAG 激光由于可以使用光纖進行能量傳輸而使得YAG 的焊接更具靈活性，但由于功率低而使得穿透深度受到限制。激光焊接時輕易產(chǎn)生飛濺，這樣就使得表面不清潔，在不能進行焊后處理時一定要特別小心。

　　二、鈦合金中的氣孔

　　鈦合金焊接接頭中氣孔的產(chǎn)生主要受焊接前的清潔程度和焊接接頭的預(yù)備以及焊接時間是非的影響，同時還有其他一些因素。盡管表面不清潔導(dǎo)致的吸氫是弧焊接頭氣孔產(chǎn)生的主要原因，但其他因素如氧氣、氮氣、二氧化碳以及用作保護的惰性氣體均有可能導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生。

　　同鋁的氧化物一樣，鈦的氧化物具有吸濕性，很輕易從環(huán)境大氣中吸收濕氣。鈦合金部件同含水( 或含水汽) 的接頭進行焊接時就會有氣態(tài)的氫溶解到接頭中，隨后在凝固時形成小孔。減少鈦合金焊接接頭中氣孔的措檀越要有：

　　( 1) 鈦合金部件和焊料要干燥。

　　( 2) 預(yù)備好的焊料建議在48h 內(nèi)使用完。

　　( 3) 待焊鈦合金部件的部位與焊料進行往油脂與清洗，然后進行酸洗。

　　( 4) 使用高純氬氣或氦氣進行保護。

　　三、氣體保護

　　常溫下，鈦及其合金是比較穩(wěn)定的，但隨著溫度的上升，鈦及其合金吸收氫氣、氧氣和氮氣的能力逐漸上升。鈦從250 ℃開始吸氫，從400 ℃開始吸氧，從600 ℃開始吸氮。由于鈦合金同O2、N2 、H2 的親和力高，接頭中含有這些氣體時會使接頭變脆，降低鈦合金焊接接頭的沖擊性能、塑性和韌性。鈦合金中含有氫時會在熱影響區(qū)產(chǎn)生延遲裂紋。而當焊縫中含氧、氮量較高時，焊縫或熱影響區(qū)在較大的焊接應(yīng)力作用下也會出現(xiàn)裂紋，該裂紋也屬于延遲裂紋。因此惰性氣體( 或真空室) 保護是非常必要的。由于使用真空室本錢較高，所以一般使用惰性氣體保護的方法。保護氣體主要有氦氣和氬氣，由于氦氣價格高于氬氣，一般來說，對不是特殊要求的鈦合金的焊接接頭和熱影響區(qū)，使用高純氬氣進行保護就可以防止氧化。

　　四、焊后檢查

　　對鈦合金焊接部位進行目視檢查，主要是為了評估氣體保護的好壞。當表面呈銀白色時，表示氣體保護非常好；而當表面為淺黃色或深黃色，表示鈦合金受到稍微污染，但仍然還是可以接受的；表面為深藍色，表示污染比較嚴重，但由于使用工況的不同，有的可以使用；表面為淺藍色，污染嚴重，幾乎不可能使用；表面為灰藍色或灰色時，污染非常嚴重，不可使用；同樣表面為白色時，污染非常嚴重，不可用。

　　五、著色檢測的辦法

　　硬度測試和渦流檢測可以用來檢測接頭是否含雜質(zhì)，由于含有雜質(zhì)時接頭性質(zhì)會發(fā)生改變，主要表現(xiàn)在含有雜質(zhì)時接頭的硬度和電阻率會明顯變高。便攜式手持硬度測試儀可以原位進行測試焊接件的硬度。這一技術(shù)的應(yīng)用可以方便的檢測出焊接質(zhì)量的好壞。一般情況下，鈦合金出現(xiàn)焊接裂紋的情況比較少。然而，有時也會在焊縫或因含雜質(zhì)而產(chǎn)生裂紋。此時，缺陷可以通過著色檢查來發(fā)現(xiàn)，同時此方法對疏松也有一定的效果。必須留意的是，在繼續(xù)進行焊接前一定要將著色液清洗干凈。

　　六、缺陷的修復(fù)

　　1. 微小缺陷的局部修復(fù)

　　鈦合金接頭上的微小缺陷( 如疏松) 的修復(fù)是非常輕易的。采用鉆孔或打磨的方法將受影響的區(qū)域清理干凈，然后進行填補。需要留意的是一定要確保焊補金屬已經(jīng)完全填充了修補區(qū)。

　　2. 線性顯示的修復(fù)

　　假如X 光底片顯示疏松已經(jīng)呈線性顯示，則可以采用表面重熔的辦法進行修復(fù)。該表面重熔時所采用的能量應(yīng)當比先前焊接時所采用的能量要大，以確保將潛伏的疏松均熔化透。假如該方法不奏效，或者該缺陷本身就非常嚴重，則只好將整個焊接區(qū)清理干凈，然后重新焊接。這一缺陷的修補費力而且會增加本錢，在操縱時一定要留意保證質(zhì)量。

　　3. 變形

　　由于焊接時局部熱輸進較大，而且鈦合金導(dǎo)熱性差，從而在焊接處四周產(chǎn)生非線性應(yīng)力。開始時熔池由于金屬被加熱而形成，從而在熔池四周產(chǎn)生應(yīng)力集中。然而，由于金屬的基體大，而熔池和熱影響區(qū)相對區(qū)域要小，從而應(yīng)力在接頭和熱影響區(qū)四周累積。假如由于熱膨脹產(chǎn)生的力超過了基體金屬的壓應(yīng)力，則局部塑性變形就導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的永久變形。變形的類型和程度主要受材料的性質(zhì)、受約束的程度、接頭的設(shè)計、添料方式和焊接過程所影響。

　　4. 基體材料性質(zhì)

　　影響變形的基體材料性質(zhì)主要有熱膨脹系數(shù)(系數(shù)越大，變形越輕易) 、單位體積的熱容( 熱容越小越輕易變形) 等。由于變形是張應(yīng)力和材料壓受力相互作用的結(jié)果，因此熱膨脹系數(shù)對變形程度具有至關(guān)重要的影響。簡單的計算和實際操縱發(fā)現(xiàn)鈦合金變形的程度位于鋼和不銹鋼之間( 即變形程度稍高于鋼而稍低于奧氏體不銹鋼) 。

　　5. 抑制夾具

　　假如零件在焊接時不進行夾持，則它的變形會導(dǎo)致應(yīng)力得到開釋。因此各種用來防止移動和變形的夾持方法在焊接時得到應(yīng)用。但需要指出的是，夾持越緊，則在材料中產(chǎn)生的應(yīng)力越大。所以為了減少變形，首先要使用剛性夾具并在夾具上進行冷卻，從而限制變形；焊接工藝上要采取對稱性的焊接操縱和公道的焊接順序，由于使用了剛性夾具固然使變形得到抑制，但夾具往掉后還會產(chǎn)生新的變形；焊接夾具的壓力一定要均勻，否則也會產(chǎn)生變形。

　　七、結(jié)語

　　目前鈦合金的焊接固然并不廣泛，但只要留意以上題目還是能夠很好實現(xiàn)鈦合金的焊接。以上只是我們在修復(fù)鈦合金部件時不斷摸索總結(jié)出來的一點經(jīng)驗，實際工作中還有可能發(fā)現(xiàn)更多的題目，在此只是拋磚引玉。