鈦及鈦合金由於密度小、強度高、耐熱耐腐蝕性能優異而廣泛地應用於航空航太、石油化工、造船等部門。目前高性能的飛機、坦克正在採用鈦合金部件,而且在石油化工部門中鈦合金部件使用的範圍也正在逐漸擴大。而鈦合金在飛機及其發動機和石油化工部門上的應用,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用範圍具有重要的意義。本文主要介紹鈦合金焊接過程中需要注意的一些問題,以期引起同行的注意。

一、鈦合金的焊接性

    大多數鈦合金可以使用氧乙炔焊的方法進行焊接,並且所有的鈦合金均可以使用固態焊接方法進行焊接(TIGMIG、等離子弧焊、鐳射和電子束焊接)。事實上,鈦合金焊接接頭發生裂紋的傾向性要比黑色金屬(如鐵合金、鎳合金)小得多。儘管鈦合金具有如此良好的性質和其他一些優異的焊接特性,一些工程師們仍然認為鈦合金的焊接是相當困難的,主要在於鈦合金焊接對於氣體保護的要求特別高,一般只有非常專業的人員才能保證氣體保護符合要求。實際上,許多焊接手段均可以用來焊接鈦合金。由於在焊接過程中引入的空氣的N2O2和含碳物質使得鈦合金的熔化焊接頭變脆,因此待焊區一定要清理乾淨並使用惰性氣體保護。焊接材料基本上也是根據被焊材料的特性進行選取的。鈦合金的焊接性一般根據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。

    關於鈦合金的鐳射焊接目前的應用趨勢是越來越廣泛,鐳射焊接的變形小,生產效率高,而且實現自動化的程度比電子束和TIG要高。同電子束焊接相比,鐳射焊不需要真空室等複雜的設備,所以鐳射焊接實用性更強,而且鐳射焊可以以不同焊接狀態直接焊接。CO2鐳射由於功率大,使用25kW/h可以一次性焊透20mm,厚的鈦板。NdYAG鐳射由於可以使用光纖進行能量傳輸而使得YAG的焊接更具靈活性,但由於功率低而使得穿透深度受到限制。鐳射焊接時容易產生飛濺,這樣就使得表面不清潔,在不能進行焊後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生主要受焊接前的清潔程度和焊接接頭的準備以及焊接時間長短的影響,同時還有其他一些因素。儘管表面不清潔導致的吸氫是弧焊接頭氣孔產生的主要原因,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致氣孔的產生。

    同鋁的氧化物一樣,鈦的氧化物具有吸濕性,很容易從環境大氣中吸收濕氣。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的氫溶解到接頭中,隨後在凝固時形成小孔。減少鈦合金焊接接頭中氣孔的措施主要有:

(1)鈦合金部件和焊料要乾燥。

(2)準備好的焊料建議在48h內使用完。

(3)待焊鈦合金部件的部位與焊料進行去油脂與清洗,然後進行酸洗。

(4)使用高純氬氣或氦氣進行保護。
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