提高钛合金焊接质量的措施探讨

王牛俊

摘 要：钛合金的焊接质量直接关系到钛制品的使用性能和质量，而由于钛合金自身的物理特性和化学特性，在焊接时，容易受到氢、氦、氮的影响而导致焊缝出现裂纹、气孔、钨夹杂等质量缺陷，由此影响到整个构件的稳定性。文章对钛合金焊接中常见的质量缺陷进行了分析，进而提出了有效的防范措施，对于提高钛制品的焊接质量具有重要意义。

关键词：钛合金；焊接；质量缺陷；防止措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.058

钛合金的强度较大，具有较好的韧性和耐腐蚀性，所以在工业生产中应用范围较广，但是在焊接时如果受到空气的污染，就会导致焊缝出现质量缺陷。焊缝在钛制品中受力负荷加大，如果存在质量缺陷，就会降低整体的稳定性和安全性，进而导致安全事故的发生以及严重的经济损失。所以应该在焊接前，采取有效的防止措施，降低焊接质量缺陷出现的几率，提高钛合金焊接质量。

1 钛合金焊接质量缺陷及防止措施

1.1 焊接裂纹及防止措施

焊接裂纹是钛合金焊接中常见的质量缺陷，因为钛合金中的硫、磷和碳等杂质较少，所以在晶界中一般不常见低熔点共晶，有效结晶的温度区间较窄，在焊缝凝固的过程中收缩量较小，所以在焊接时很少会出现热裂纹。如果母材与焊丝的质量达不到规范的标准要求，自身就存在质量缺陷的情况下，且在夹层中存在有害物质时，就可能会出现热裂纹，所以在焊接时应该注意焊丝的质量，并且做好有害物质的防护工作，加强对焊后的热处理，则可有效避免热裂纹的出现。

钛合金焊接时在热影响区可能会出现延迟裂纹，这种裂纹一般会在焊后的一段时间内出现。出现延迟裂纹基本与氢有一定的关系，由于焊接过程中熔池和低温区母材中的氢会向热影响区扩散，由此而導致热影响区的氢含量有所增加，在应力的影响下，就会导致延迟裂纹的出现。为了防止延迟裂纹的出现，应该尽量减少焊接接头的氢含量，可以选择含氢量较少的母材、焊丝，并且做好焊前的清理工作，焊后做好残余应力的消除工作。一般正常氢含量的钛合金不会出现氢化钛，所以焊缝中出现裂纹的几率也很小。但是在使用厚板α+β钛合金进行多层焊时，使用工业纯钛作为填充材料，就会引起氢化钛的出现，从而引发氢脆。

1.2 焊接气孔及防止措施

气孔也是钛合金焊接中比较常见的质量缺陷，主要包括焊缝中部气孔和熔合线气孔。气孔的存在会降低焊接接头的疲劳强度，有时在气孔较小时，使用无损探伤都无法检测出，此时对焊接接头的疲劳强度就会引发较大的不利影响。出现焊缝气孔的原因主要是在对接断面含有水分、油脂或者油污等，所以会导致气孔的出现。

为了防止焊接气孔的出现，主要可以从材料及焊接工艺两方面采取对应措施。

做好焊丝的质量控制，选择焊丝时应该进行认真的检查，避免焊丝存在裂纹和夹层，在焊接工作开始前，对焊丝进行真空处理，采用酸洗措施，或者可采用机械清理的方式；加强对焊件表面的处理工作，对接端面最好进行酸洗，然后使用静水进行冲洗，烘干，但是一定要控制酸洗到焊接的时间，最好不要超过两个小时，如果超时，还需要重新进行酸洗，可以对端面进行铣刨的可以采取机械加工处理；在焊接前，采取热清理的方式，可有效降低气孔的出现。使用氩弧焊时，可用电弧进行清理，使用电子束焊时，可以使用电子束散焦预先加热；保护气一般都会使用纯度为99.99%的氩气。

采用适宜的焊接方法也是有效避免气孔的重要措施，氩弧焊中的脉冲焊可减少气孔，通断比为1：1；等离子弧焊中的脉冲等离子弧焊比氩弧焊的降低气孔的效果更显著；熔池的停留时间越长，气孔中的气体逸出也会更加充分。使用电子束焊时，利用散焦焊接，可用低速焊和焊道重熔，无氧溶剂电渣焊可以让熔池的停留时间更长，所以几乎没有气孔出现；使用超声和冶金的方式会对熔池进行强化去气，减少气孔的产生；在采用钨极氩弧焊时，焊丝应该与熔池保持一定的距离，焊丝在熔化后不直接进入熔池，而是在电弧区下落，利用熔滴来净化空气，从而减少气孔的产生。

1.3 钨夹杂及其防止措施

在使用手工氩弧焊时，如果操作不规范，可能会导致钨夹杂的出现。在自动焊时，为了增加熔深，就会使用“潜弧焊”的焊接工艺，引弧时会出现弧坑，下降机头和焊炬会使钨极的尖端处于工件的表面以下，此时一旦出现断弧，而且又没有及时提高钨极的情况下，弧坑周围的液态金属就会将弧坑填平，将钨极尖埋住后，待熔池凝固就会形成钨夹杂。

在焊接开始前和焊接完成后，需要着手对钨夹杂情况进行处理，即在焊接开始之前，仔细清理待焊区及其周围，同时还要保持待焊区具有较好的干燥性。对于金属表面没有氧化皮的情况下，要做好油脂清除工作。当有氧化皮时，需要先将氧化皮去除后再清除油脂。清除油脂时可以利用相应的溶剂达到清洗的效果，酸洗后需要利用清水冲洗，并进行烘干处理。对于存在应力腐蚀危险的情况，需要利用不含氯离子的清水进行冲洗。在去氧化皮过程中，如果氧化皮在较高温度情况下形成时，利用化学方法很难对其进行清除，具体清理时可以利用不锈钢丝刷，然后用锉刀清理干净，也可以利用磨削来处理。机械清理完成后一般还要进行酸洗，这样可以保证无氧化皮和油脂污染现象发生。

1.4 未焊透及防止措施

未焊透易在氩弧焊中出现，会大大降低焊接接头的强度，不利于整体焊件的焊接质量。为了防止未焊透，可以采用稍大的工艺参数进行焊接，还可以在背面加垫板，可有效预防未焊透现象。

2 结束语

因为钛合金应用的领域比较重要，所以钛合金焊接的质量非常关键，直接关系到钛制品的整体结构和性能。在钛合金焊接中比较常见的质量缺陷为裂纹、气孔和钨夹杂，上文中已经对这些质量缺陷的成因进行了分析，并且提出了相应的防止措施。所以在钛合金焊接时，应该做好全面的防范措施，最大程度的降低焊接质量缺陷，提高钛合金焊接质量，为促进我国工业生产的进步创造有利的条件。

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