在某工程項目上，設備的主體材質為鈦材，牌號為TA2，考慮到產品的厚度和評定覆蓋范圍，在產品焊接前, 我們選用30mm厚的鈦板，采用手工鎢極氬弧焊進行焊接工藝評定試驗。坡口選擇:由于鈦板厚度為30mm，考慮到盡量減少焊材的填充量，我們采用如附圖所示的雙面U型坡口。

 

1.焊接工藝要點

a.焊接環(huán)境：鈦材的焊接應在清潔的環(huán)境中進行，嚴禁在含有鐵、磨料粉末、灰塵的空氣中施焊。焊接時應避開通風口和敞開的門窗，防止外界氣流對保護氣的影響。

b.坡口加工和清理：坡口宜采用機械加工，并去除毛刺，坡口附近20mm 范圍應使用不銹鋼絲刷清理干凈，機械清理后應立即用丙酮清洗上述表面并擦拭干凈。

c.氬氣保護：對熔池及處于400℃ 以上的區(qū)域（包括焊縫背面）進行良好的氬氣保護。需要采用大噴嘴焊槍, 一般噴嘴直徑為Φ16mm左右，噴嘴內應設置氣體透鏡以確保保護效果。另外需根據(jù)實際焊接結構，設計制作氣體保護裝置，除了噴嘴氬氣保護外，還應設置拖罩保護以保護凝固的高溫焊縫，制作反面保護罩以保護焊縫背面，在焊接時，背面保護裝置應隨著正面焊接同時移動。

 

2.焊接規(guī)范

焊材的選擇一般是要求焊材的成分與被焊鈦材相匹配，但為了改善接頭性能，有時也可選用屈服強度低于母材的焊接材料。在[寶雞力航鈦業(yè)]www.maxhoc.net(AWS A5.16)中規(guī)定有工業(yè)純鈦焊絲的成分與性能，國標中規(guī)定的鈦絲成分與性能同AWS一致。在確保嚴格清理干凈待焊區(qū)域及保護氣良好的情況下，采用如表3規(guī)范進行焊接，焊材選用與母材等成分的TA2（AWS 為ERTi-2）焊絲，層間溫度控制≤100℃，層間清理干凈焊縫表面。焊縫保護效果判斷：銀白色為保護最好；淺黃色為輕微氧化；藍色表示氧化嚴重；灰色則為極差，按不合格處理。

 

3.理化性能試驗

試板焊接完成后，表面成形良好, 焊縫表面為銀白色，之后進行100% RT 檢驗合格，然后進行了理化試驗，結果如表4所示。焊接工藝評定試板經焊后100%無損檢測合格，抗拉強度、冷彎試驗、沖擊試驗和化學成分均滿足產品技術條件的要求。鈦材焊接時，焊接環(huán)境的清潔、焊前對焊絲和工件的清理、焊接時保護氣體的純度和400℃以上高溫區(qū)域的有效保護是影響焊接質量的重要因素。從焊接工藝評定的結果可以看出，焊接接頭性能滿足技術要求，證明焊接評定試驗所采用的焊接工藝參數(shù)合理、可靠，可以用于產品焊縫的焊接。

 

純鈦的焊接性分析:

 

1.氣體等雜質污染引起的接頭脆化。

常溫下鈦材是很穩(wěn)定的，但隨著溫度升高，鈦焊縫吸收氫、氧、氮的能力隨之也明顯上升。試驗研究表明, 鈦材一般從250℃開始就吸收氫、氧、氮，在焊接時，溫度越高，保溫時間越長，焊縫塑性則越差，所以在焊接鈦材時，如采用氬弧焊接，普通的焊槍是不能滿足要求的，因為它不能使焊縫得到有效的保護，普通焊槍形成的保護氣只能保護焊接熔池，對于處于已凝固的高溫區(qū)的焊縫及熱影響區(qū), 不能提供保護，就會造成高溫焊縫及熱影響區(qū)吸收氫、氧、氮等氣體。氮、氧和氫的侵入均能在焊縫形成間隙固溶體，使焊縫的強度提高，降低焊縫的塑性及韌性，而氫還會顯著降低焊縫的沖擊韌性進而使焊接接頭脆化。因此，焊接時要對于400℃以上的高溫區(qū)給予充分的保護，包括焊縫背面。

 

2.焊接接頭裂紋

當焊縫氫、氧、氮、碳的含量較高時，焊縫及熱影響區(qū)會變脆，在較大焊接應力作用下會出現(xiàn)裂紋，這些裂紋一般是在較低溫度下形成的，產生原因主要與焊接區(qū)氣體的保護及待焊工件表面的清理有關。對于鎢極氬弧焊而言，良好的氣體保護，徹底地清理干凈待焊區(qū)域，即可避免裂紋的產生。

3.焊接氣孔

鈦材焊接時的氣孔形成原因主要是在保護氣及母材焊絲中含有的氫、氧、氮、水等雜質，工件表面或焊絲上的油脂、氧化物等污染未能清理干凈。所以消除氣孔形成的方法就是要使用較高純度的氬氣進行保護，一般純度要達到99.99%，并對焊接時400℃ 以上的區(qū)域進行充分的保護，同時焊接前仔細清理焊絲、坡口、工件上的油脂等氧化物。

 

氣體雜質對焊縫金屬性能的影響 鈦具有很高的化學活潑性，與空氣中的氧、氮有極高的親和力。據(jù)[寶雞力航鈦業(yè)]www.maxhoc.net介紹在較低的溫度下，鈦與氧相互作用生成一層致密的氧化膜，隨著溫度的提高，氧化膜的厚度隨之增厚，超過600℃鈦開始吸氧并使氧溶解到鈦中。溫度再高，鈦的活性就會急劇增加并與氧發(fā)生激烈反應而生鈦氧化物。鈦300℃以上開始吸氫，在700℃以上開始吸氮。氧和氮對鈦污染的結果是使鈦強度和硬度增高而塑性降低。氮比氧的影響程度更大，氫在鈦中含量從0.01%～0.05%會使焊縫金屬的沖擊韌性急劇下降，而塑性卻下降較少。這是氫化物引起的脆性，即所常說的“氫脆”。氫也是引發(fā)焊縫產生氣孔的根源。

 

影響鈦材焊接質量的因素：1.氣體雜質對焊縫金屬性能的影響;2.其他雜質對焊縫金屬性能的影響;3.焊接金屬和接頭熱影響區(qū)的組織變化4.氣孔是鈦焊縫中常見和較難避免的缺陷。鈦及鈦合金作為結構材料有許多優(yōu)點，如比重小、抗拉強度和屈服強度高，在300~500℃下仍具有足夠高的強度，在海水及大多數(shù)酸堿鹽的介質中均具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，在航空、化工、核工業(yè)上日益獲得廣泛的應用。鈦材具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，可用于其它金屬材料難以勝任的高氯離子濃度介質下工作的設備，選材上一般采用加工性能及力學性能優(yōu)良的工業(yè)純鈦。工業(yè)純鈦中的雜質能提高材料的強度，但會使塑性顯著降低，以上3種等級的工業(yè)鈦材隨雜質的增多強度依次增加，塑性同時依次下降。與鈦合金相比，純鈦的強度較低，但塑性及韌性較好，特別是低溫沖擊韌性優(yōu)良, 缺點是溫度升高時強度顯著下降，故只能在350℃以下溫度使用，與普通容器用鋼相比，鈦材屈強比較高，塑性韌性相對較差。