钛及钛合金焊接特性

1. 钛及钛合金的化学和物理性能

钛的化学活性很强。

随着温度的升高，其化学性质迅速增加。

在固体状态下，它能强烈地吸收多种气体。

例如，当纯钛板被加热到300℃时，钛板的表面会被吸附氢气;

当加热到400℃时，它将吸收氧气;

到600℃时，吸收氮气。

如果纯钛中含有氧、氮、氢等杂质，则焊接接头的强度明显提高，塑性和韧性急剧下降。

钛具有熔化温度高、热容量大、电阻系数大的特点。

其导热系数低于铝和铁。

因此，钛的焊接熔池温度越高，尺寸越大，金属的热影响区停留在高温下的时间越长。

容易引起焊接接头过热，使晶粒变粗，降低接头的塑性。

因此，焊接时必须有小电流、高焊接速度的焊接规范。

2. 钛及钛合金的焊接结构

工业纯钛与α钛合金的焊接结构在室温下为单相，根据不同的冷却速率，产生锯齿状和针状组织。

与母材相比，各种力学性能无明显变化，焊接性能良好。

α + β钛合金在冷却过程中由β相、马氏体形成，α相的数目和性能随合金成分和冷却速率而变化。

总体上，随着α含量的增加，合金的塑性和韧性均呈下降趋势。

即使对于具有良好焊接性能的Ti-6Al-4V，当β相中钒含量高于5%时，其焊接性能也有所下降。

因此，一般不采用焊接接头。

3.钛及钛合金的焊接缺陷

在钛及钛合金的焊接过程中，容易产生小而大量的气孔。

这些气孔在焊接中是不可避免的。

它是由多种因素构成的，非常复杂。

一方面，由于焊接表面吸附如杂质气体、灰尘、油脂、或氧化物等直接因素的存在。

这些气孔是由包裹在熔融金属中的杂质气体形成的。

另一方面也存在着一些间接的因素，如氩弧焊时焊接电流过大、焊接速度过快以及坡口角度的大小等。

一般认为，氢是孔隙度的主要原因。

为防止气孔的形成，应采取以下措施:1)严格控制氩气中氧、氮、氢等杂质的含量;

2)采用等离子弧焊，特别是脉冲等离子弧焊;

3)焊接前应清除板材和焊丝表面的油脂和氧化物;

4)采用低速焊接和焊道重熔的方法;

5)焊接前应对焊件和焊丝进行真空处理。

钛及钛合金的焊接方法

1. 钨极氩弧焊

钨极氩弧焊是钛及钛合金焊接中应用最广泛的方法之一。

它是一种熔极性气体保护焊。

利用钨电极和工件之间的电弧熔化金属形成焊缝。

在焊接过程中，钨不熔化，只起到保护作用。

同时，氩气由喷嘴送出作为保护气体。

这就是所谓的TIG焊接，它适用于钛、锆等活性金属。

对于厚工件的焊接，可以采用氩弧焊。

焊件薄壁采用脉冲钨极氩弧焊法。

2.真空电子束焊接

真空电子束焊接是高能电子束焊接的一种。

适用于钛及钛合金的焊接。

它具有焊接冶金质量好，焊缝窄，焊接角度变形小，焊接接头性能好，焊接厚件效率高等一系列优点。

电子束焊接中容易出现气孔，其结构尺寸受真空室的限制。

不适合大批量生产。

在电子束焊接过程中，焊接接头会产生相当大的残余应力。

降低残余应力的方法是在焊接后完成真空退火。

3.激光焊接

与电子束和等离子焊接相比，激光焊接具有净化熔池的效果，可以净化焊缝金属。

激光焊接的质量和效率都优于其他焊接方法。

据国外某公司介绍，激光焊接的效率比电子束焊接高2~3倍，焊接质量与电子束焊接相当。

用激光焊接的成本仅为电子技术机器的1/20。

激光很容易利用镜面或棱镜来改变光路。

它可以放在工件的任何位置。

对于薄板，目前用激光来代替电子束焊接。

激光焊接在钛及钛合金板材及精密零件的焊接中具有广泛的应用前景。

4. 钎焊

钎焊是钛及钛合金与其他金属连接简单、可靠的方法之一。

也可用于钛及钛合金微复杂零件的连接。

焊料是钎焊不可缺少的材料，通常分为两类:液相线温度低于450℃的称为软焊料，液相线温度高于450℃的称为硬焊料。

目前，银基、铝基和钛基钎焊被广泛应用于钛及钛合金的钎焊。

由于钛的高温活性，钎焊是在真空或氩气保护下进行的。

钛容易与钎焊钎料合金，但容易形成金属间化合物，导致脆性接头。

因此有必要选择合适的焊料，降低钎焊温度，缩短钎焊时间，避免形成脆性较小的金属间化合物。