关于钛及钛合金焊接技术的应用分析

刘志营

新发药业有限公司 山东省东营市 257500

摘要：文章以关于钛及钛合金焊接技术的应用为研究对象，首先对钛及钛合金理化性能进行了简单的介绍与分析，随后探讨了钛及钛合金的焊接性，最后对焊接工艺及过程控制进行了探究分析，以供参考。
关键词：钛及钛合金；焊接技术；应用
前言：相较于其他技术，钛及钛合金在强度、熔化温度、热膨胀系数、耐疲劳、非磁性、 生物惰性等方面均有着非常优良的形式，因此在航空航天、医疗以及船舶生产等领域有着广泛的应用。通过对其焊接技术进行实践分析，从而使其更好的应用不同领域中，并发挥出更大价值。
1 钛及钛合金理化性能

金属钛密度比铝高，低于铁、铜金属，具体密度数值为4.506—4.516g/cm³。金属钛的熔点为1668 4℃，沸点为3260 20℃。并且金属钛本身的导热性相对较弱，导热系数为15.24W/（m.k），仅为铁的1/5，铝的1/14。金属钛的导电性也相对较差，与不锈钢比较类似。但金属钛有着较强的化学活性，能够与大气中的二氧化碳、水蒸气、氧气等阐述强烈的化学反应。而钛合金顾名思义，就是金属钛与其他金属合成的一种合金金属，密度为4.5g/cm3，仅为钢的60%^[1]。熔点为1725℃，同时本身热强度比价高，可在450～500℃的温度下长期工作。同时钛合金本身也有着良好的抗蚀性，远远优于不锈钢，常见的钛合金有α钛合金、β钛合金以及α+β钛合金。
2 焊接性

钛合金的焊接性可用以下几点来概括：（1）钛合金本身有着较强的高温化学活性，因此在焊接时，针对一些杂质相对比较敏感，很容易被杂质污染。比如常见杂质有水蒸气、油脂、氧化皮等，从而不利于焊接塑性和韧性的提升。而由于钛本身能够直接与 H.O、N 等发生强烈的化学反应，因此在焊接过程中，在焊接温度达到250℃时，很容易与H产生反应，形成 TiH2，导致焊缝脆性增加，后续还会与O、N发生反应，最终对焊接合金塑性带来一定削弱影响。 （2）有着严重的气孔及冷裂纹倾向。在焊接高温状态下，空气中的H很容易融入焊接熔池，在冷却结晶时，H无法及时从熔池中溢出，从而在焊缝中形成气孔，影响整体焊接性能。与此同时，钛及钛合金还有着比较大的膨胀系数，随着焊接温度不断提升，内应力增大，更容易产生焊接冷裂纹和延迟裂纹，并且还会产生较大的变形。（3）钛合金焊接易过热^[2]。钛有着较大的热容量，在焊接时，需要更大热量，但由于钛合金本身热导率低，因此焊缝及热影响区在高温下需要较长时间的停留，很容易导致焊接过热，不利于整体焊接质量提升。
3 焊接工艺及过程控制

1. 做好焊前准备工作

在焊接前，需要检查焊机是否存在故障问题，要求焊机电极平稳，压力稳定可靠，程序能够正常控制，冷却水系统能够正常运行。针对焊接零件，要求表面干净整洁，不存在保护层与污染物，如有必要，可对焊接零件进行酸洗或者吹砂处理。同时要求在处理后的48h内完成钛合金的焊接，否则需要重新清理。

2. 选择规范焊接参数

如果是钛合金点焊，1级接头焊点总数为11点，撕破检验为5个焊点，低倍试验为3个焊点；2级接头的焊点总数为10点，撕破检验为5个焊点，低倍试验为2个焊点；3级接头的焊点总数为5点，撕破检验为3个焊点，低倍试验为2个焊点。如果是缝焊，1、2、3级接头焊缝总长为20cm。撕破检验焊缝总长为100mm，而在低倍试验中，针对1级接头，要求纵向2个焊点，横向1个焊点。针对2级接头，要求纵向1个焊点，横向1个焊点。针对3级接头，要求横向1个焊点。

3. 零件的焊接控制

在实际进行钛合金零件焊接时，需要严格采用上述焊接规范参数，先进行个别零件的试焊接，然后进行焊接成功检验。在检验合格后，才能进行成品钛合金零件焊接。与此同时，在实际焊接时还应注意，时刻关注焊机整体运转动态，要求气压与电源电压能够处于正常运转的工作状态下， 电极头的表面，需要保持清洁，整体形状处于正常状态，且不存在过热的现象。同时，在焊接过程中，每焊接 1 0至5 0 个焊点，需要打磨1次焊机。在进行缝焊操作时，各个焊点在形成焊缝后，整体要相互重叠。若焊缝对气密性要求比较严格，那么在重叠部分控制方面，应高于焊点压痕纵向尺寸的 30%^[3]。在环形焊缝始末搭接位置，还应注意要重叠 15 ~20 mm。在滚焊时，可以采用外部水进行冷却处理，除此之外，在具体焊接的过程中，如果发现焊接存明显的缺陷问题，会在设备本身出现了故障问题，需要及时停工，查清问题存在的原因，并以此为依据，解决相应问题，最后采用试样进行规范验证。
结束语

综上所述，钛及钛合金是一种性质比较优良的金属，同时受其本身具有的理化性质所影响，在实际焊接时，需要面临更大的焊接难度。因此需要我们深入了解钛合金焊接性，并做好焊接工艺的实施与控制，从而有效保证钛合金的焊接质量。

参考文献

[1]陈思杰， 朱春莉. 钛及钛合金先进连接技术研究[J]. 热加工工艺， 015(03):26-29+32.

[2]周冉辉， 高福洋， 刘向前，等. 钛及钛合金搅拌摩擦焊接技术综述[J]. 材料开发与应用， 2018(04):127-136.

[3][1]洪浩洋. 钛合金A-TIG焊接工艺的应用研究[D]. 沈阳理工大学， 2016.

作者简介:刘志营，男1983.03.15出生，电焊工技师，山东省技术能手，东营市技术能手，东营市五一劳动奖章获得者，东营市首席技师。