【摘要】目前針對(duì)鈦合金的焊接，國(guó)內(nèi)外開展了大量研究，對(duì)于焊接工藝、焊接技術(shù)和低成本焊接方面提出了苛刻的要求。針對(duì)以上要求依據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步改進(jìn)鈦合金的焊接技術(shù)工藝，對(duì)加強(qiáng)缺陷預(yù)防能力以提高鈦合金結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

　　【關(guān)鍵詞】鈦合金；焊接工藝

　　鈦合金屬于較難焊接的金屬，密度較小，強(qiáng)度較高，耐腐蝕，具有良好的塑、韌性，但是很容易氧化、氮化、脆化，常見的鈦合金焊接缺陷有三種：脆化、裂紋、氣孔，當(dāng)前有很多機(jī)構(gòu)致力于鈦合金焊接工藝優(yōu)化和缺陷預(yù)防。

　　1、鈦合金焊接工藝

　　1.1焊接材料

　　鈦合金焊接一般使用成分與母材相同的焊絲，有時(shí)為了提高接頭的韌性，在焊接接頭強(qiáng)度方面降低要求，應(yīng)當(dāng)選擇低于母材強(qiáng)度的焊絲。通常將在真空有條件下經(jīng)過退火處理TA1～TA6和TC3等焊絲用做鈦合金焊接，如果以上提到的焊絲無法供應(yīng)時(shí)，可將母材剪切成窄條作為焊絲。

　　1.2焊前清理

　　鈦合金的焊前清理工作非常重要，通常因?yàn)楦街畚飼?huì)引發(fā)氣孔和夾雜雜質(zhì)等問題影響焊絲焊接后焊縫的抗腐蝕性和強(qiáng)度，因而鈦合金在焊接前必須進(jìn)行清理。表面處理的常見方法為物理處理和化學(xué)處理法，物理處理主要包括表面污垢通過噴砂噴丸和拋光等方式的處理，化學(xué)處理主要是通過酸堿等化學(xué)物質(zhì)將鈦合金表面的污垢溶解，除去鈦合金表面的氧化物，直至表面為鈦合金基材為止。

　　1.3常見的鈦合金焊接方法

　　對(duì)于鈦合金的焊接方法一發(fā)展多年，眾多的研究主要集中在鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊、等離子弧焊、真空電子束焊等方法等常見的鈦合金焊接方法。

　　對(duì)于焊接10mm以上的鈦合金母材通常選擇鎢極氬弧焊工藝，常采用直流正接。張裝生等研究人員對(duì)對(duì)鎢極氬弧焊工藝的研究結(jié)果表明，在母材焊接過程中要要使用氬氣保護(hù)氣氛來保護(hù)焊件的正面、背面，盡可能的使用拖罩保護(hù)進(jìn)行氣氛保護(hù)。

　　1.3.2熔化極氬弧焊工藝

　　MIG焊主要用于焊接鈦合金厚板，常采用直流反接。焊接方式依據(jù)焊接母材薄厚而不同，通常薄板采用工藝為短路過渡的熔滴過渡焊接方法，而厚板采用工藝為噴射過渡的熔滴過渡方法。該工藝對(duì)保護(hù)氣氛的要求很高，保護(hù)氣氛氣體純度、焊前清理的要求，MIG焊比TIG焊更為嚴(yán)格。

　　1.3.3等離子弧焊工藝

　　一般的等離子弧焊，除了使用熱壓縮、機(jī)械壓縮、磁壓縮三種基本手段收縮電弧外，是保護(hù)氣氛中該工藝一般使用氬氣與一定比例的氫氣來保護(hù)，該保護(hù)氣氛可以提高焊接過程中焊接電弧的收縮性，基于以上原因，使用等離子弧焊焊接工藝焊接鈦合金母材時(shí)，鈦很容易與保護(hù)氣中的氫形成氫化物，只能使用純氬氣或氬與氦的混合氣作為保護(hù)氣體。當(dāng)鈦板厚度為較薄時(shí)，通常采用小孔法焊接，而厚板母材使用熔入法加反面成形墊板焊接工藝。

　　該工藝通常電子是以熱發(fā)射或場(chǎng)致發(fā)射的方式從發(fā)射體逸出功率密度很高的電子束撞擊到焊材表面，電子的動(dòng)能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽菇饘傺杆偃刍驼舭l(fā)。在高壓金屬蒸氣的作用下熔化的金屬被排開，電子束就能繼續(xù)撞擊深處的固態(tài)金屬，很快在被焊工件上形成小孔，小孔的周圍被液態(tài)金屬包圍。隨著電子束與工件的相對(duì)移動(dòng)，液態(tài)金屬沿小孔周圍流向熔池后部，逐漸冷卻、凝固形成了焊縫。但電子束焊焊接鈦合金會(huì)在接頭中產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，并隨著焊接件厚度的增大而增加，只有焊后對(duì)焊件進(jìn)行完全真空退火方可消除。

　　1.3.5激光束鈦合金焊工藝

　　激光束焊接適合于某些特殊的焊接，已經(jīng)成為鈦合金焊接的重要手段。鄒世坤等采用激光焊接TC4鈦合金，獲得接頭性能與母材相當(dāng)。郭鵬等人對(duì)采用激光束焊接TC4鈦合金進(jìn)行焊接研究，研究結(jié)果表明TC4鈦合金通過焊接后焊縫平整光滑，外觀色澤漂亮，對(duì)焊接試樣通過無損檢測(cè)結(jié)果表明鈦合金焊縫質(zhì)量達(dá)到國(guó)標(biāo)Ⅱ級(jí)要求。

　　鈦合金自身良好性能很適合摩擦焊，工藝若調(diào)整到合適的范圍，也可以在無特殊保護(hù)措施的條件下，獲得良好的焊接接頭。摩擦焊焊接鈦合金獲得的焊縫硬度略低于母材，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣斷裂于母材側(cè)，斷口呈現(xiàn)韌性斷裂特征。研究人員對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行攪拌摩擦焊接方式進(jìn)行焊接，研究結(jié)果表明焊接接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的92%，焊接接頭的攪拌區(qū)域?yàn)楹附淤|(zhì)量最差區(qū)域，該區(qū)域韌性和強(qiáng)度都較差。

　　2.1.1脆化

　　高溫下鈦與氧、氮、氫很容易發(fā)生反應(yīng)，而氧和氮在空氣中廣泛存在。因此，在焊接熱循環(huán)作用下鈦很難不受影響。因氧和氮固溶于鈦中，導(dǎo)致鈦金屬晶格畸變，因鈦合金晶格結(jié)構(gòu)的改變使鈦合金擁有高的強(qiáng)度，但塑韌性卻弱于母材。隨著氫含量在鈦合金焊縫中增加，會(huì)以片狀或針狀化合物形態(tài)析出，致使焊接接頭的沖擊韌性降低。焊接過程中焊縫金屬和高溫近縫區(qū)必須受到有效的保護(hù)，正反面都很容易在焊接高溫下與空氣等雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致脆化。

　　2.1.2焊接裂紋

　　鈦合金因含有硫、磷、碳等雜質(zhì)很少，鈦合金具有很窄的有效結(jié)晶溫度區(qū)間，因而鈦合金低熔點(diǎn)共晶很難在晶界出現(xiàn)，因此對(duì)熱裂紋不敏感。但是焊接過程中保護(hù)不好，會(huì)有應(yīng)力裂紋和冷裂紋出現(xiàn)。焊接時(shí)由于焊接過程中母材中的氫會(huì)向熱影響區(qū)擴(kuò)散，導(dǎo)致影響區(qū)氫含量增加，在不當(dāng)?shù)膽?yīng)力情況下就會(huì)出現(xiàn)裂紋。另外在氣氛中氧氮含量高時(shí)，鈦合金焊接接頭產(chǎn)生一定程度的脆化，因而在出現(xiàn)的強(qiáng)焊接應(yīng)力導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。

　　2.1.3焊接氣孔

　　在鈦合金的焊接過程中，由于焊接母材和焊絲含有污染物、水或其他氣氛雜質(zhì)，很容易造成在焊縫中形成氣孔缺陷，在眾多的研究結(jié)果同樣表面母材或焊絲中的氫、水、氧都會(huì)使焊縫的氣孔產(chǎn)生率增加。因此，必須嚴(yán)格做好母材及焊絲的焊前清理工作，在焊接前要對(duì)母材進(jìn)行拋光打磨處理，務(wù)必保證基材和焊絲的干凈，確保焊接的質(zhì)量。

　　2.2缺陷的防止措施

　　從以往的鈦合金焊接研究可知，氣焊與通用手工電弧焊常會(huì)出現(xiàn)焊接焊縫脆化現(xiàn)象，該問題主要是焊接氣氛中含有污染物所致，為了避免以上問題的出現(xiàn)，通常在焊接中采用氬弧焊焊接工藝，同時(shí)還需著重注意一下幾方面內(nèi)容。

　?。?）要針對(duì)焊接鈦合金材料母材的材質(zhì)，依據(jù)母材中雜質(zhì)等問題針對(duì)性的選擇適合的焊接工藝及焊絲。

　?。?）用高質(zhì)量的保護(hù)氣體。所使用保護(hù)氣體的純度不低于99.99%，焊前進(jìn)行干燥處理。

　?。?）在焊接前必須對(duì)焊接母材及焊絲進(jìn)行處理清理以防因焊絲及母材出現(xiàn)裂紋和夾層等問題影響焊接的質(zhì)量。

　　（4）在鈦合金焊接過程中要對(duì)熔池及焊縫熱影響區(qū)域采取必要的氬氣保護(hù)措施，確保焊接的質(zhì)量。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]陶醉.鈦及鈦合金焊接特性及工藝要點(diǎn)[J].現(xiàn)代焊接，2012，8（116）：25-27.

　　[2]韋生，費(fèi)東，田雷，徐連勇等.鈦及鈦合金焊接工藝探討[J].焊接技術(shù)，2013，42（4）：73-75.

　　作者簡(jiǎn)介

　　王莉（1986-）女，漢，甘肅酒泉、學(xué)士、助教，材料成型及控制。