鈦及鈦合金由于密度小、強度高、耐熱耐腐蝕性能優異而廣泛地應用于航空航天、石油化工、造船等部門。目前高性能的飛機、坦克正在采用鈦合金部件，而且在石油化工部門中鈦合金部件使用的范圍也正在逐漸擴大。而鈦合金在飛機及其發動機和石油化工部門上的應用，不可避免需要使用焊接手段進行連接，這對擴大鈦合金的應用范圍具有重要的意義。本文主要介紹鈦合金焊接過程中需要注意的一些問題，以期引起同行的注意。

一、鈦合金的焊接性

大多數鈦合金可以使用氧乙炔焊的方法進行焊接，并且所有的鈦合金均可以使用固態焊接方法進行焊接( 如TI G、MIG 、等離子弧焊、激光和電子束焊接) 。事實上，鈦合金焊接接頭發生裂紋的傾向性要比黑色金屬( 如鐵合金、鎳合金) 小得多。盡管鈦合金具有如此良好的性質和其他一些優異的焊接特性，一些工程師們仍然認為鈦合金的焊接是相當困難的，主要在于鈦合金焊接對于氣體保護的要求特別高，一般只有非常專業的人員才能保證氣體保護符合要求。實際上，許多焊接手段均可以用來焊接鈦合金。由于在焊接過程中引入的空氣的N2 、O2 和含碳物質使得鈦合金的熔化焊接頭變脆，因此待焊區一定要清理干凈并使用惰性氣體保護。焊接材料基本上也是根據被焊材料的特性進行選取的。鈦合金的焊接性一般根據焊接接頭的延展性和強度來評價。常見鈦合金的焊接性如表所示。

二、鈦合金中的氣孔

鈦合金焊接接頭中氣孔的產生主要受焊接前的清潔程度和焊接接頭的準備以及焊接時間長短的影響，同時還有其他一些因素。盡管表面不清潔導致的吸氫是弧焊接頭氣孔產生的主要原因，但其他因素如氧氣、氮氣、二氧化碳以及用作保護的惰性氣體均有可能導致氣孔的產生。

同鋁的氧化物一樣，鈦的氧化物具有吸濕性，很容易從環境大氣中吸收濕氣。鈦合金部件同含水( 或含水汽) 的接頭進行焊接時就會有氣態的氫溶解到接頭中，隨后在凝固時形成小孔。減少鈦合金焊接接頭中氣孔的措施主要有：

( 1) 鈦合金部件和焊料要干燥。
( 2) 準備好的焊料建議在48h 內使用完。
( 3) 待焊鈦合金部件的部位與焊料進行去油脂與清洗，然后進行酸洗。
( 4) 使用高純氬氣或氦氣進行保護。

三、氣體保護

常溫下，鈦及其合金是比較穩定的，但隨著溫度的上升，鈦及其合金吸收氫氣、氧氣和氮氣的能力逐漸上升。鈦從250 ℃開始吸氫，從400 ℃開始吸氧，從600 ℃開始吸氮。由于鈦合金同O2、N2 、H2 的親和力高，接頭中含有這些氣體時會使接頭變脆，降低鈦合金焊接接頭的沖擊性能、塑性和韌性。鈦合金中含有氫時會在熱影響區產生延遲裂紋。而當焊縫中含氧、氮量較高時，焊縫或熱影響區在較大的焊接應力作用下也會出現裂紋，該裂紋也屬于延遲裂紋。因此惰性氣體( 或真空室) 保護是非常必要的。由于使用真空室成本較高，所以一般使用惰性氣體保護的方法。保護氣體主要有氦氣和氬氣，由于氦氣價格高于氬氣，一般來說，對不是特殊要求的鈦合金的焊接接頭和熱影響區，使用高純氬氣進行保護就可以防止氧化。

四、焊后檢查

對鈦合金焊接部位進行目視檢查，主要是為了評估氣體保護的好壞。當表面呈銀白色時，表示氣體保護非常好；而當表面為淺黃色或深黃色，表示鈦合金受到輕微污染，但仍然還是可以接受的；表面為深藍色，表示污染比較嚴重，但由于使用工況的不同，有的可以使用；表面為淺藍色，污染嚴重，幾乎不可能使用；表面為灰藍色或灰色時，污染非常嚴重，不可使用；同樣表面為白色時，污染非常嚴重，不可用。

五、著色檢測的辦法

硬度測試和渦流檢測可以用來檢測接頭是否含雜質，因為含有雜質時接頭性質會發生改變，主要表現在含有雜質時接頭的硬度和電阻率會顯著變高。便攜式手持硬度測試儀可以原位進行測試焊接件的硬度。這一技術的應用可以方便的檢測出焊接質量的好壞。一般情況下，鈦合金出現焊接裂紋的情況比較少。然而，有時也會在焊縫或因含雜質而產生裂紋。此時，缺陷可以通過著色檢查來發現，同時此方法對疏松也有一定的效果。必須注意的是，在繼續進行焊接前一定要將著色液清洗干凈。

六、缺陷的修復

1. 微小缺陷的局部修復

鈦合金接頭上的微小缺陷( 如疏松) 的修復是非常容易的。采用鉆孔或打磨的方法將受影響的區域清理干凈，然后進行填補。需要注意的是一定要確保焊補金屬已經完全填充了修補區。

2. 線性顯示的修復

如果X 光底片顯示疏松已經呈線性顯示，則可以采用表面重熔的辦法進行修復。該表面重熔時所采用的能量應當比先前焊接時所采用的能量要大，以確保將潛在的疏松均熔化透。如果該方法不奏效，或者該缺陷本身就非常嚴重，則只好將整個焊接區清理干凈，然后重新焊接。這一缺陷的修補費力而且會增加成本，在操作時一定要注意保證質量。

3. 變形

由于焊接時局部熱輸入較大，而且鈦合金導熱性差，從而在焊接處附近產生非線性應力。開始時熔池由于金屬被加熱而形成，從而在熔池附近產生應力集中。然而，由于金屬的基體大，而熔池和熱影響區相對區域要小，從而應力在接頭和熱影響區附近累積。如果由于熱膨脹產生的力超過了基體金屬的壓應力，則局部塑性變形就導致結構的永久變形。變形的類型和程度主要受材料的性質、受約束的程度、接頭的設計、添料方式和焊接過程所影響。

4. 基體材料性質

影響變形的基體材料性質主要有熱膨脹系數(系數越大，變形越容易) 、單位體積的熱容( 熱容越小越容易變形) 等。由于變形是張應力和材料壓受力相互作用的結果，因此熱膨脹系數對變形程度具有至關重要的影響。簡單的計算和實際操作發現鈦合金變形的程度位于鋼和不銹鋼之間( 即變形程度稍高于鋼而稍低于奧氏體不銹鋼) 。

5. 抑制夾具

如果零件在焊接時不進行夾持，則它的變形會導致應力得到釋放。因此各種用來防止移動和變形的夾持方法在焊接時得到應用。但需要指出的是，夾持越緊，則在材料中產生的應力越大。所以為了減少變形，首先要使用剛性夾具并在夾具上進行冷卻，從而限制變形；焊接工藝上要采取對稱性的焊接操作和合理的焊接順序，因為使用了剛性夾具雖然使變形得到抑制，但夾具去掉后還會產生新的變形；焊接夾具的壓力一定要均勻，否則也會產生變形。

七、結語

目前鈦合金的焊接雖然并不廣泛，但只要注意以上問題還是能夠很好實現鈦合金的焊接。以上只是我們在修復鈦合金部件時不斷摸索總結出來的一點經驗，實際工作中還有可能發現更多的問題，在此只是拋磚引玉。