在焊接钛时所注意的事项

1、l 钛与氧的化学亲合力强，甚至在室温下其清洁的表面也会迅速地形成稳定而坚韧的氧化层这种行为产生自然钝化，因而钛具有良好的耐盐、耐氧化性酸和无机酸腐蚀性能。l 在退火状态下工业纯钛的抗拉强度为350700MPa，伸长率为2030，冷弯角80o130o具有良好的低温性能。l 钛的热膨胀系数和导热率小，具有良好的焊接性。l 工业纯钛：根据最低的力学性能和最大的间隙杂质含量来分类。TA1、TA2、TA3。l a钛合金：是一种固溶强化钛合金TA4、TA5、TA6TA19。l b钛合金：含b相稳定元素百分率高（实际上不是单相钛合金），a相转变非常缓慢，室温显微组织几乎全部为b相，可通过热处理来提高强度，优

2、良的成形性能和加工性能，焊接性一般TB2、TB3.TB6。l a +b钛合金：可用固溶时效热处理进行强化，含有a稳定元素和少量的b相稳定元素。TC1、TC2TC12。l a相稳定元素：可以大量固溶在a相中扩大a区的元素Al、O、N。l b相稳定元素：可以大量固溶在b相中扩大b区的元素V、Mo、Co、Cr、Fe、Mn、H等。l 气体等杂质污染而引起焊接接头脆化：常温下，钛及其合金比较稳定，随着温度的升高，钛及其合金吸收氧、氮及氢的能力也随之上升。氧的影响：从400开始吸氧， 600快速吸氧，氧以间隙固溶体的形式存在，晶格畸变固溶强化，导致钛及其合金强度提高、塑性韧性下降。焊缝含氧量随保护气体中的

3、氧含量增加而直线上升。在a钛中最大固溶量为。在b钛中最大固溶量为。含氧量越高固溶强化越严重。氧会导致钛合金氧化，钛是一种活性元素，当钛及其合金表面为银白色和浅黄色时钛合金几乎未发生氧化；当钛及其合金表面为青灰色是中度氧化；为黑色和出现白色粉末时是严重氧化。氮的影响：从600开始吸氮，700 快速吸氮，在a钛中最大固溶量为7；在b钛中最大固溶量为2。氮是从空气中进入的。当钛及其合金中的氮未超过饱和溶解度时，氮存在于钛及其合金的间隙位置，形成间隙固溶体，导致晶格畸变，强度增加，塑韧性下降。当钛及其合金中的氮超过饱和溶解度时，一部分氮存在于钛及其合金的间隙位置，形成间隙固溶体，导致晶格畸变，强度增加

4、，塑韧性下降；其他氮与钛反应生成硬脆的TiN，使得材料的塑韧性和强度显著下降。氢的影响：从250开始吸氢，300快速吸氢。氢在金属中会形成间隙固溶体，固溶量很小，对强度提高和塑韧性下降的效果不明显；更为重要的是钛和氢在325会形成针状和片状的TiH2，硬脆的TiH2增加了缺口的敏感性，使得焊接接头的冲击韧性显著下降。氢还会造成氢致冷裂纹。碳的影响：碳可以固溶在a钛中，使得焊缝的强度有所提高，塑韧性有所下降；当碳的含量过高时在焊缝中会形成网状的TiC，使得焊缝的塑性急剧下降并会诱导产生裂纹。l 焊接相变引起的性能变化1.工业纯钛： E大的情况下，因为Ti的比热和导热系数小，冷却速度比钢慢，导致H

5、AZ高温停留时间长（相同的E下，为钢的23倍），晶粒过热粗大，过热区面积增大，使得接头脆化，塑韧性降低。如Ti中含有的Fe，焊接时会产生针状b相，使得塑韧性下降，耐腐蚀性下降。 E小的情况下，冷却速度过快，a相经过无扩散性的共格相变，形成a相，针状的Ti马氏体a相使得塑韧性下降。2. a钛：a钛大部分有Sn、Al，E小的情况下，冷却速度过快，过饱和的a相经过无扩散性的共格相变，形成a相，针状的Ti马氏体a相使得塑韧性下降；E大的情况下，冷却速度比钢慢，导致HAZ高温停留时间长，晶粒过热粗大，过热区面积增大，使得接头脆化，塑韧性降低。3. a +b钛： TC1TC4这些钛合金是以a相为主，少量b

6、相。当E小时，冷却速度快，会发生aa相，ba相，过饱和的a相会使得塑韧性下降，冷却速度越快a越细，量越多，塑韧性下降越多。以退火态TC4为例焊接接头强度系数为100，但塑性只有母材的50。当E大时，因为这类Ti合金，合金化程度高，晶粒长大倾向小，对塑韧性影响不大。 TC9TC17这些钛合金合金化元素高，在焊接时b相会变为脆性w相，小E产生a相，不但接头塑韧性下降且会产生HAZ裂纹。采用焊前预热的方法可以避免产生a相，提高塑韧性。4. b钛：亚稳态b钛合金TB2，b+极少量的a相，焊接时得到亚稳定的b相，焊后热处理和高温使用会析出a相，使得接头脆化。这种钛合金焊接时塑性好，但强度下降。稳态b钛合

7、金Ti-33Mo焊接时无相变，焊接性良好。l 钛及其合金对热裂纹不敏感，其原因是S、C等杂质少，低熔共晶数量少；线膨胀系数小，应力变形小，不易产生热裂纹。a +b钛合金b稳定元素多，有可能产生热应力裂纹。l 钛及其合金焊接时主要产生冷裂纹，是一种延迟裂纹，主要原因：焊接时，焊缝金属中的氢向HAZ扩散，此处的氢浓度大于临界氢浓度，诱导氢致裂纹萌生；H2+Ti=TiH2，生成的针状TiH2比较脆且发生体积膨胀，形成较大的组织应力，使得氢致裂纹敏感性大大增加；由于焊接接头中存在残余应力，残余应力诱导氢扩散，同时拉伸残余应力为裂纹的萌生扩展提供了力学条件。l 钛合金的气孔问题：钛及其合金是一种活性金属

8、，生成的气孔主要是氢气孔（少量CO气孔）。l 气孔的分布：在焊接线能量大的时候主要产生在熔合线；在焊接线能量小的时候，焊缝冷却速度快，气体来不及从熔池中逸出，形成焊缝中部结晶气孔。l 产生气孔的原因氢的来源：弧柱中的氢和水分、母材表面氧化膜吸附的结晶水、橡胶手套表面的增塑剂、焊材和母材表面的油污和吸附水。氢在Ti中溶解度变化如图所示，从图中可见在凝固时溶解度突变；在液态时随温度的降低溶解度增加。在焊接过程中，熔池中心温度高，在熔池边缘温度低，故熔池中部的氢向熔池边缘扩散；凝固时，熔池边缘液态金属粘度大，液态的Ti结晶成固态时过饱和的氢从液态金属中析出不易逸出，在熔合线处造成气孔。E小时，焊缝结

9、晶过程迅速，溶解度突变造成焊缝中部的气孔。钛合金中氧化物质点、高熔点磨料质点可作为气孔形核的非自发形核核心，增加了气孔敏感性。l 填充材料：同质材料为了改善接头塑性、韧性采用低强度级别材料(例如TA7、TC4可用TA1、TA2)要求填充金属的间隙元素含量较低，一般不超过母材的50，这样有利于降低焊缝的强度，提高润湿性。焊丝直径13mm，其比表面积大，严禁焊丝表面污染、表面缺陷(裂纹、褶皱)。保护气体一般用Ar，纯度大于。深熔焊、仰焊、立焊采用He，输气管用环氧基or乙烯基软管。l 焊接方法： TIG、MIG、PAW、电子束、激光焊、电阻焊、摩擦焊、高频焊、钎焊等。l 焊前准备：去氧化膜可用机械方法不锈钢刷、刮刀去除氧化膜；化学方法去除氧化膜HF24+3040%HNO3+H2O在60的槽中清洗烘干。保护：温度高于260 区域必须保护，方法有加尾拖和背部气体保护；高纯度的惰性气体罩；真空度l 完全退火适用于a钛和稳定的b钛合金，消除应力和保证较高的强度和塑性。，保温15min；，保温20min；6mm，保温25min；620mm，保温60min；2050mm，保温120min。真空或氩气中退火。a+ b钛合金要严格控制冷却速度，冷却到一定温度再空冷或分段退火。l 不完全退火：主要消除应力。l 淬