TA1工业纯钛的TIG焊接

范逸　郭必永

摘要：钛材是一种新型材料，具有许多优良性能，如密度小、抗拉强度高、比强度大，高温下仍具有足够高的强度，另外它还具有优良的抗腐蚀性能和低温冲击性能。文章分析了TA1工业纯钛的性能特点及焊接时焊接接头存在的问题，并根据其在焊接过程中存在的主要问题制定了合理的焊接工艺，以保证焊接质量。

关键词：TA1工业纯钛；钨极氩弧焊；纯钛焊接

中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0074-02

钛材是一种新型材料，具有许多优良性能，如密度小、抗拉强度高、比强度大，高温下仍具有足够高的强度，另外它还具有优良的抗腐蚀性能和低温冲击性能。随着冶炼技术的提高，钛材产量迅速增长，已越来越多地用于航空、军工、仪表等重要尖端技术和先进设

备上。

1 工业纯钛的焊接特点

TA1工业纯钛虽具有许多优良特点，但钛的化学性质活泼，对加热敏感，加热至300℃开始吸氢，从400℃开始吸氧，从600℃开始吸氮，所以焊接过程中会存在一些问题，因此对钛设备的制造来说焊接是关键的

工艺。

1.1 焊接接头易脆裂

TA1工业纯钛焊接时，氧、氮、氢、碳、铁对于钛材焊接是不利的。含氧量增加，焊缝强度随之增加，而塑性显著下降；对于提高焊缝的抗拉强度、硬度，降低焊缝的塑性，氮比氧更加明显；焊缝含氢量变化对焊缝冲击性能的影响最为显著，随着含氢量的增加，焊缝冲击性能下降，而且在焊接时氢由高温熔池向较低温度的热影响区扩散，热影响区析出TH2量增加，使热影响区的脆性增大，最后出现延迟裂纹；碳与钛在高温下生成碳化钛也能使焊缝塑性下降，产生裂缝；钛与黑色金属混杂，会被铁离子污染，产生焊接裂纹。所以为了保证TA1的焊接接头性能，在焊接时要尽量避免混入这些元素。

1.2 过热与性能劣化

钛的熔点高，热容量大，导热差，所以钛材焊接时，焊后冷却速度应当保持在一定的范围内，不能过快也不能过慢，当冷却速度快时，高温β相易转变成不稳定的组织α相，对接头塑性不利；而当冷却速度慢时，焊缝及热影响区容易产生晶粒粗大的过热组织，降低接头性能。所以焊接时要选择合适的焊接线能量和合适的冷却速度，保证焊接接头的机械性能。

2 TA1工业纯钛的焊接工艺

通过以上对TA1工业纯钛的性能和焊接时存在问题的分析，制定了相应的焊接工艺，采用钨极氩弧焊进行焊接工艺评定试验。

2.1 试验材料

母材为10mmTA1板，下料尺寸为125×400mm，焊丝为φ1.2ERTA1ELI，母材及焊材化学成分及力学性能见表1，保护气体选用99.99%氩气。

2.2 坡口型式

坡口型式为Y型，坡口角度60°，钝边2mm，坡口采用机加工。

2.3 母材及焊材的清理

钛板在焊接前必须严格清洗，清除表面的氧化物及其他脏物，避免焊接时产生气孔等缺陷。首先用丙酮擦洗，然后放入酸洗液中约2-3min，酸洗后冲洗干净晾干，焊材用同样方法进行清洗。

2.4 钛材现场焊接

2.4.1 组对、点焊要求。组对时错边量不超过10%板厚，避免采用强力，定位焊是减少焊接变形的主要措施之一，在试板两端点焊固定，长度约10mm。定位焊所用的焊丝、焊接参数等与正式焊接相同，在每一定位焊点停弧时，应延时关闭氩气。

2.4.2 现场施焊焊接工艺参数如表2所示。

2.4.3 焊接操作：

（1）焊接前，气体保护装置需固定，防止焊接过程中脱落；（2）焊接工作要连续完成，如果间断，在重新焊接前，必须对焊缝及母材两侧重新进行清理；（3）焊枪喷嘴直径φ15mm，气流要稳定。焊接过程中，要随时检查保护气体的保护情况，以防其影响焊接质量，层间温度≤150℃；（4）起弧时，焊枪提前送气，焊接送丝时，要让焊丝端部始终处在Ar气保护之下，断弧及焊缝收尾时，要继续通氩气保护，直到焊缝及热影响区冷却到350℃以下。

2.5 焊接质量检验

2.5.1 焊后经外观检查，焊缝颜色为亮银白色，保护效果优，无气孔裂纹等缺陷，焊缝成型良好。焊接接头外观检验合格后，经x光探伤为I级，表面经着色检查没有缺陷。

2.5.2 焊接接头性能如表3所示。

3 结语

通过实验和实际产品的焊接得出结论，为了使TA1工业纯钛获得良好的焊接接头性能，需注意以下三点：（1）焊接钛板前要对母材及焊材去油去污，避免与黑色金属接触；（2）焊接时应选择合适的规范，尽量用小的焊接线能量；（3）焊接时要对熔池及温度超过400℃的焊缝及热影响区（包括熔池背面）加以妥善保护，避免空气污染，保证气体保护效果。

参考文献

[1] 钛及钛合金板材（GBT3621-2007）[S].

[2] 承压设备焊接工艺评定（NB/T47014-2011）[S].

[3] 曹斌，王迎君，汤传健.工业纯钛的焊接[J].电焊机，2001，31（11）：21-24.

[4] 陈祝年.焊接工程师手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2009.1127-1131.

[5] 凌堃.焊接热输入对钛材焊接接头性能的影响[J].工艺与新技术，2011，40（4）：29-31.

[6] 阮鑫.钛材焊接缺陷分析与焊接质量控制[J].机械工程材料，2004，28（8）：52-54.

摘要：钛材是一种新型材料，具有许多优良性能，如密度小、抗拉强度高、比强度大，高温下仍具有足够高的强度，另外它还具有优良的抗腐蚀性能和低温冲击性能。文章分析了TA1工业纯钛的性能特点及焊接时焊接接头存在的问题，并根据其在焊接过程中存在的主要问题制定了合理的焊接工艺，以保证焊接质量。

关键词：TA1工业纯钛；钨极氩弧焊；纯钛焊接

中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0074-02

钛材是一种新型材料，具有许多优良性能，如密度小、抗拉强度高、比强度大，高温下仍具有足够高的强度，另外它还具有优良的抗腐蚀性能和低温冲击性能。随着冶炼技术的提高，钛材产量迅速增长，已越来越多地用于航空、军工、仪表等重要尖端技术和先进设

备上。

1 工业纯钛的焊接特点

TA1工业纯钛虽具有许多优良特点，但钛的化学性质活泼，对加热敏感，加热至300℃开始吸氢，从400℃开始吸氧，从600℃开始吸氮，所以焊接过程中会存在一些问题，因此对钛设备的制造来说焊接是关键的

工艺。

1.1 焊接接头易脆裂

TA1工业纯钛焊接时，氧、氮、氢、碳、铁对于钛材焊接是不利的。含氧量增加，焊缝强度随之增加，而塑性显著下降；对于提高焊缝的抗拉强度、硬度，降低焊缝的塑性，氮比氧更加明显；焊缝含氢量变化对焊缝冲击性能的影响最为显著，随着含氢量的增加，焊缝冲击性能下降，而且在焊接时氢由高温熔池向较低温度的热影响区扩散，热影响区析出TH2量增加，使热影响区的脆性增大，最后出现延迟裂纹；碳与钛在高温下生成碳化钛也能使焊缝塑性下降，产生裂缝；钛与黑色金属混杂，会被铁离子污染，产生焊接裂纹。所以为了保证TA1的焊接接头性能，在焊接时要尽量避免混入这些元素。

1.2 过热与性能劣化

钛的熔点高，热容量大，导热差，所以钛材焊接时，焊后冷却速度应当保持在一定的范围内，不能过快也不能过慢，当冷却速度快时，高温β相易转变成不稳定的组织α相，对接头塑性不利；而当冷却速度慢时，焊缝及热影响区容易产生晶粒粗大的过热组织，降低接头性能。所以焊接时要选择合适的焊接线能量和合适的冷却速度，保证焊接接头的机械性能。

2 TA1工业纯钛的焊接工艺

通过以上对TA1工业纯钛的性能和焊接时存在问题的分析，制定了相应的焊接工艺，采用钨极氩弧焊进行焊接工艺评定试验。

2.1 试验材料

母材为10mmTA1板，下料尺寸为125×400mm，焊丝为φ1.2ERTA1ELI，母材及焊材化学成分及力学性能见表1，保护气体选用99.99%氩气。

2.2 坡口型式

坡口型式为Y型，坡口角度60°，钝边2mm，坡口采用机加工。

2.3 母材及焊材的清理

钛板在焊接前必须严格清洗，清除表面的氧化物及其他脏物，避免焊接时产生气孔等缺陷。首先用丙酮擦洗，然后放入酸洗液中约2-3min，酸洗后冲洗干净晾干，焊材用同样方法进行清洗。

2.4 钛材现场焊接

2.4.1 组对、点焊要求。组对时错边量不超过10%板厚，避免采用强力，定位焊是减少焊接变形的主要措施之一，在试板两端点焊固定，长度约10mm。定位焊所用的焊丝、焊接参数等与正式焊接相同，在每一定位焊点停弧时，应延时关闭氩气。

2.4.2 现场施焊焊接工艺参数如表2所示。

2.4.3 焊接操作：

（1）焊接前，气体保护装置需固定，防止焊接过程中脱落；（2）焊接工作要连续完成，如果间断，在重新焊接前，必须对焊缝及母材两侧重新进行清理；（3）焊枪喷嘴直径φ15mm，气流要稳定。焊接过程中，要随时检查保护气体的保护情况，以防其影响焊接质量，层间温度≤150℃；（4）起弧时，焊枪提前送气，焊接送丝时，要让焊丝端部始终处在Ar气保护之下，断弧及焊缝收尾时，要继续通氩气保护，直到焊缝及热影响区冷却到350℃以下。

2.5 焊接质量检验

2.5.1 焊后经外观检查，焊缝颜色为亮银白色，保护效果优，无气孔裂纹等缺陷，焊缝成型良好。焊接接头外观检验合格后，经x光探伤为I级，表面经着色检查没有缺陷。

2.5.2 焊接接头性能如表3所示。

3 结语

通过实验和实际产品的焊接得出结论，为了使TA1工业纯钛获得良好的焊接接头性能，需注意以下三点：（1）焊接钛板前要对母材及焊材去油去污，避免与黑色金属接触；（2）焊接时应选择合适的规范，尽量用小的焊接线能量；（3）焊接时要对熔池及温度超过400℃的焊缝及热影响区（包括熔池背面）加以妥善保护，避免空气污染，保证气体保护效果。

参考文献

[1] 钛及钛合金板材（GBT3621-2007）[S].

[2] 承压设备焊接工艺评定（NB/T47014-2011）[S].

[3] 曹斌，王迎君，汤传健.工业纯钛的焊接[J].电焊机，2001，31（11）：21-24.

[4] 陈祝年.焊接工程师手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2009.1127-1131.

[5] 凌堃.焊接热输入对钛材焊接接头性能的影响[J].工艺与新技术，2011，40（4）：29-31.

[6] 阮鑫.钛材焊接缺陷分析与焊接质量控制[J].机械工程材料，2004，28（8）：52-54.

摘要：钛材是一种新型材料，具有许多优良性能，如密度小、抗拉强度高、比强度大，高温下仍具有足够高的强度，另外它还具有优良的抗腐蚀性能和低温冲击性能。文章分析了TA1工业纯钛的性能特点及焊接时焊接接头存在的问题，并根据其在焊接过程中存在的主要问题制定了合理的焊接工艺，以保证焊接质量。

关键词：TA1工业纯钛；钨极氩弧焊；纯钛焊接

中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0074-02

钛材是一种新型材料，具有许多优良性能，如密度小、抗拉强度高、比强度大，高温下仍具有足够高的强度，另外它还具有优良的抗腐蚀性能和低温冲击性能。随着冶炼技术的提高，钛材产量迅速增长，已越来越多地用于航空、军工、仪表等重要尖端技术和先进设

备上。

1 工业纯钛的焊接特点

TA1工业纯钛虽具有许多优良特点，但钛的化学性质活泼，对加热敏感，加热至300℃开始吸氢，从400℃开始吸氧，从600℃开始吸氮，所以焊接过程中会存在一些问题，因此对钛设备的制造来说焊接是关键的

工艺。

1.1 焊接接头易脆裂

TA1工业纯钛焊接时，氧、氮、氢、碳、铁对于钛材焊接是不利的。含氧量增加，焊缝强度随之增加，而塑性显著下降；对于提高焊缝的抗拉强度、硬度，降低焊缝的塑性，氮比氧更加明显；焊缝含氢量变化对焊缝冲击性能的影响最为显著，随着含氢量的增加，焊缝冲击性能下降，而且在焊接时氢由高温熔池向较低温度的热影响区扩散，热影响区析出TH2量增加，使热影响区的脆性增大，最后出现延迟裂纹；碳与钛在高温下生成碳化钛也能使焊缝塑性下降，产生裂缝；钛与黑色金属混杂，会被铁离子污染，产生焊接裂纹。所以为了保证TA1的焊接接头性能，在焊接时要尽量避免混入这些元素。

1.2 过热与性能劣化

钛的熔点高，热容量大，导热差，所以钛材焊接时，焊后冷却速度应当保持在一定的范围内，不能过快也不能过慢，当冷却速度快时，高温β相易转变成不稳定的组织α相，对接头塑性不利；而当冷却速度慢时，焊缝及热影响区容易产生晶粒粗大的过热组织，降低接头性能。所以焊接时要选择合适的焊接线能量和合适的冷却速度，保证焊接接头的机械性能。

2 TA1工业纯钛的焊接工艺

通过以上对TA1工业纯钛的性能和焊接时存在问题的分析，制定了相应的焊接工艺，采用钨极氩弧焊进行焊接工艺评定试验。

2.1 试验材料

母材为10mmTA1板，下料尺寸为125×400mm，焊丝为φ1.2ERTA1ELI，母材及焊材化学成分及力学性能见表1，保护气体选用99.99%氩气。

2.2 坡口型式

坡口型式为Y型，坡口角度60°，钝边2mm，坡口采用机加工。

2.3 母材及焊材的清理

钛板在焊接前必须严格清洗，清除表面的氧化物及其他脏物，避免焊接时产生气孔等缺陷。首先用丙酮擦洗，然后放入酸洗液中约2-3min，酸洗后冲洗干净晾干，焊材用同样方法进行清洗。

2.4 钛材现场焊接

2.4.1 组对、点焊要求。组对时错边量不超过10%板厚，避免采用强力，定位焊是减少焊接变形的主要措施之一，在试板两端点焊固定，长度约10mm。定位焊所用的焊丝、焊接参数等与正式焊接相同，在每一定位焊点停弧时，应延时关闭氩气。

2.4.2 现场施焊焊接工艺参数如表2所示。

2.4.3 焊接操作：

（1）焊接前，气体保护装置需固定，防止焊接过程中脱落；（2）焊接工作要连续完成，如果间断，在重新焊接前，必须对焊缝及母材两侧重新进行清理；（3）焊枪喷嘴直径φ15mm，气流要稳定。焊接过程中，要随时检查保护气体的保护情况，以防其影响焊接质量，层间温度≤150℃；（4）起弧时，焊枪提前送气，焊接送丝时，要让焊丝端部始终处在Ar气保护之下，断弧及焊缝收尾时，要继续通氩气保护，直到焊缝及热影响区冷却到350℃以下。

2.5 焊接质量检验

2.5.1 焊后经外观检查，焊缝颜色为亮银白色，保护效果优，无气孔裂纹等缺陷，焊缝成型良好。焊接接头外观检验合格后，经x光探伤为I级，表面经着色检查没有缺陷。

2.5.2 焊接接头性能如表3所示。

3 结语

通过实验和实际产品的焊接得出结论，为了使TA1工业纯钛获得良好的焊接接头性能，需注意以下三点：（1）焊接钛板前要对母材及焊材去油去污，避免与黑色金属接触；（2）焊接时应选择合适的规范，尽量用小的焊接线能量；（3）焊接时要对熔池及温度超过400℃的焊缝及热影响区（包括熔池背面）加以妥善保护，避免空气污染，保证气体保护效果。

参考文献

[1] 钛及钛合金板材（GBT3621-2007）[S].

[2] 承压设备焊接工艺评定（NB/T47014-2011）[S].

[3] 曹斌，王迎君，汤传健.工业纯钛的焊接[J].电焊机，2001，31（11）：21-24.

[4] 陈祝年.焊接工程师手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2009.1127-1131.

[5] 凌堃.焊接热输入对钛材焊接接头性能的影响[J].工艺与新技术，2011，40（4）：29-31.

[6] 阮鑫.钛材焊接缺陷分析与焊接质量控制[J].机械工程材料，2004，28（8）：52-54.