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钛合金焊接质量控制

钛合金具有比重高、强度轻、耐腐蚀等特点。随着舰船建造新材料的应用，

钛合金材料在舰艇的声呐导流罩及各类舰艇的管路建造中的应用有着广泛的前景。

但是，由于钛合金是一种活泼性较强的金属，在高温下对氧、氢、氮等气体具有

极大的亲和力，即吸收和溶解气体的能力很强，特别是焊接过程中，这种能力伴

随着焊接温度的升高而表现的尤为强烈。实践证明，焊接时如果对钛合金与氧、

氢、氮等气体的吸收和溶解不加以控制，最终将导致产品的报废。因此，在钛合

金的焊接过程中必须加强焊接过程的控制，以满足钛合金焊接的质量要求。

一、影响焊接质量的主要因素

1.杂质气体的影响

常温下，钛及钛合金是比较稳定的。但实验表明，随着温度的升高，钛及钛

合金吸收氧、氮及氢的能力也随之明显上升。钛合金在施焊过程中，温度在

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250C开始吸氢，温度在400C时开始吸氧，温度在600C时开始吸氮。实验表

明：当钛合金在焊接时，如果熔池中侵入氧气、氮气等有害气体，则被焊部位的

塑性、韧性和表面颜色等都有明显的改变；机械性能显著下降；过热倾向增高。

氧和氮会使焊缝过脆而发生裂纹。氢会在焊缝中析出片状或针状的TiH，TiH的

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强度很低，故针状或片状TiH2的作用类似缺口，对冲击性能影响最敏感，使冲击

性能显著降低。氢还会使焊接接头的热影响区出现延迟裂纹，这种裂纹可以延迟

到几小时、几天甚至几个月后发生。这是由于氢在钛中的溶解度随着温度的升高

而降低，熔池中部的氢易向熔池边缘扩散，氢的含量提高使该区析出TiH2量增加，

增大该区脆性。另外，析出氢化物时体积膨胀引起较大的组织应力，再加上氢原

子向该区的高应力部位扩散及聚集，以致最后形成裂纹。

1.碳的影响

碳也是钛合金焊接中常见的一种杂质，工件上的油污等都可能成为焊缝增碳

的来源。碳在α钛中的溶解度随温度下降而下降，并同时析出TiC。工业纯钛中

当含碳量为0.13%以下时，碳固溶在α钛中，强度有些提高，塑性有些下降，但

不及氧、氮的作用强烈。当进一步提高焊缝含碳量时焊缝即出现网状TiC，其数

量随碳增高而增多，焊缝塑性极具下降；当焊缝含碳量为0.55%时，焊缝塑性几

乎全部消失而变成非常脆的材料，即使进行焊后热处理也无法消除此种脆性。

二、钛合金焊接工艺过程控制

1.现场环境控制

（1）施焊场地要尽量设置在室内或专用的焊接工作间，室内严禁吸烟，环

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境应保持清洁、干燥，室温不应低于5C，并严格控制空气对流，环境风速应不

大于0.5m/s，并不应有过堂风。

（2）焊接平台、被焊接头的焊接区域除污用的丝刷等材质，都应采用不锈

钢材料制成，严禁采用碳钢等其他有污染的材质。

（3）施工人员和焊工佩戴洁净的白细纱布手套（严禁佩戴棉线手套）。

1.焊件及焊材的焊前清理

焊接缺陷的产生与焊件、焊丝表面清洁度有很大关系，因此焊前应将工件接

头附近表面及焊丝表面的油污、水、氧化膜及其他赃物清理干净。工件接头附近

应进行机械清理，再进行酸洗。酸洗后应用清水再清洗。临焊前工件对接面再用

丙酮或酒精仔细擦洗。焊丝表面可用80目~100目金刚石纱布进行打磨至金属光

亮色，纱布使用前用丙酮脱脂，并应进行真空脱氢处理。

1.焊接气体保护

空气中含有大量氮和氧，在进行钛及钛合金焊接时，采用焊接铝及其合金的

气保护焊焊枪结构及工艺时不足以保证焊接接头质量，因为这种焊枪结构所形成

的气体保护层只能保护焊接熔池不受空气的有害作用，对已凝固的而尚未处于高

温状态的焊缝及其附近高温区域则无保护作用；而处于这种状态的钛、钛合金焊

缝及其附近区域仍有很强的吸收空气中氮和氧的能力。焊接时应使用保护气体拖

罩，对焊缝及其附近高温区进行保护，并注意对焊缝的背面保护。

三、控制钛合金焊接质量的生产管理措施

钛合金焊接质量的控制不仅要从工艺上入手还要从管理上入手。要督促厂方

各级生产管理和技术部门制定出钛合金焊接相关技术质量跟踪文件，加强技术