鈦合金焊接工藝技術研究

摘 要：鈦合金具有強度高和密度低的優良特性，因而在現代工業中得到了廣泛的應用。其中焊接工藝和質量是影響鈦合金應用的重要因素之一。本文首先介紹了鈦合金的材料特性，接著對鈦合金的材料特點尤其是焊接特性進行了分析，并在此基礎上重點介紹了鈦合金焊接的技術措施、焊后處理及檢測，最后對鈦合金焊接的工藝要點進行了總結。

關鍵詞：鈦合金；焊接；檢驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.021

1 概述

鈦是繼鋁、鐵、鎂之后在地殼中含量最大的金屬元素。鈦合金的密度為4.51g/cm3，強度在800-900MPa（高強度鈦合金可達到1000MPa以上）。由于具有強度高和密度低的優良特性，因而在現代工業中得到了廣泛的應用。在鈦合金的應用領域中，經常需要采用焊接的方式。由于鈦合金焊接對于焊接工藝和條件要求較高，因此，研究鈦合金的焊接工藝對于其應用具有重要意義。

2 鈦合金焊接特性

氣孔和脆化是影響鈦合金焊接質量的兩大主要因素。焊接時隨著溫度的升高，鈦合金吸收氧氣、氫氣、氮氣的能力也隨之明顯上升。氮和氧會對對接頭的強度和彎曲塑性影響較大，氫主要影響接頭的沖擊韌性。

氣孔是鈦合金焊接中最容易產生的缺陷，鈦合金焊接區容易受到雜質氣體的污染而產生氣孔?？諝庵械腘2、O2、H2等都是產生鈦合金焊接氣孔的主要原因。氣孔的出現會使鈦合金焊縫出現應力集中的問題，并減小受力面積，嚴重影響焊縫質量。

3 焊接工藝

為使鈦合金焊接達到設計要求，需要對焊接每一步驟均嚴格要求，提出控制措施。

3.1 焊前準備

3.1.1 操作條件及設備

場地清潔、無其他金屬粉塵污染，用于鈦合金的工具、工裝不得與其他金屬混用。

3.1.2 下料

焊接件尤其是薄板件，推薦采用線切割、水切割等方式下料。

3.1.3 清理

由于鈦合金焊接質量容易受到雜質的影響。因此，在焊接之前，需要對焊接件尤其是焊接坡口進行嚴格清理。通過機械擦拭和打磨，并用丙酮、乙醇等溶劑對坡口進行擦拭，確保焊接處的清潔。

3.2 施焊

3.2.1 焊接

鈦合金焊接通常采用鎢極氬弧焊，并對焊接部位設計V型坡口。

在焊接過程中，嚴格遵照焊接工藝操作。根據焊接結構和工件尺寸，選擇合適的控制電流、氣流量和施焊速度等工藝參數。氣體保護托罩應與施焊處結構吻合，熱影響區均能很好保護。

焊接區域須避免與鐵質材料接觸，防止污染引起的焊縫脆化和降低抗蝕性。焊接過程使用起弧板并及時清理；弧熄時未熔填充料留于保護罩內或再次焊接前清除，避免焊縫污染。

焊接過程每道焊接工步間均需進行檢查。每層焊接完成后及時檢查焊縫顏色，銀白色則不需層間清理；淡黃色、淡藍色應進行表面清理；出現其他顏色應將焊縫去掉，重新施焊。

3.2.2 氣體保護及焊接控制

為了保證焊接質量，必須對焊縫進行氣體保護。鈦合金的焊接通常采用99.9%-99.99%的氬氣作為保護氣體，并采用三面或者前后吹氣的方式進行焊接保護。焊接電流和電壓以及流量，可根據焊絲或者焊條直徑以及單層焊縫高度進行調整。

4 焊后去應力處理及檢測

4.1 去應力

（1）真空退火，是目前最有效的去應力方法。但對于大型焊接件，常受到設備空間的限制。

（2）機械錘擊，采用沖擊錐在焊接過程中對焊縫進行沖擊振動。

（3）振動時效，將焊接件放置在振動臺等設備上進行振動，消除殘余應力。

4.2 焊縫檢查

目前工程上對于鈦合金焊縫常用的檢測方法主要有以下兩種：

（1）滲透探傷（PT）。滲透探傷是目前鈦合金探傷最主要的檢測方法。其原理是通過熒光粉噴涂在焊縫表面，并通過顯像劑滲透吸附成像的方法，探測出焊縫中的缺陷。對于裂紋和氣孔等缺陷，具有良好的探測效果。

（2）射線探傷（RT）。射線探傷是近些年開始逐漸受到廣泛應用的一種方法。其原理是利用X、γ射線照射焊縫，通過分析成像圖片檢測焊縫缺陷的一種方法。射線探傷方法可用來檢測焊縫表面及內部缺陷。對于對接和單“V”形焊縫的檢測非常有效，但對于角焊縫尤其是交叉焊縫等復雜焊縫，由于射線對焊縫與焊縫或焊縫與本體形成的透射影像會產生重疊，導致對焊縫缺陷的判定較為困難。

5 總結

綜上所述，由于鈦合金的化學活性很高，極易受氫、氧、氮的污染。因此，要保證鈦合金的焊接質量，需要從焊前準備、施焊、焊后處理和檢測等多個環節進行監控，確定合理嚴格的工藝流程和參數。

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作者簡介：陳陽（1982-），男，碩士研究生，工程師，主要從事機械結構設計與制造技術研究。endprint