TA1工業純鈦的TIG焊接

范逸　郭必永

摘要：鈦材是一種新型材料，具有許多優良性能，如密度小、抗拉強度高、比強度大，高溫下仍具有足夠高的強度，另外它還具有優良的抗腐蝕性能和低溫沖擊性能。文章分析了TA1工業純鈦的性能特點及焊接時焊接接頭存在的問題，并根據其在焊接過程中存在的主要問題制定了合理的焊接工藝，以保證焊接質量。

關鍵詞：TA1工業純鈦；鎢極氬弧焊；純鈦焊接

中圖分類號：TG457 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0074-02

鈦材是一種新型材料，具有許多優良性能，如密度小、抗拉強度高、比強度大，高溫下仍具有足夠高的強度，另外它還具有優良的抗腐蝕性能和低溫沖擊性能。隨著冶煉技術的提高，鈦材產量迅速增長，已越來越多地用于航空、軍工、儀表等重要尖端技術和先進設

備上。

1 工業純鈦的焊接特點

TA1工業純鈦雖具有許多優良特點，但鈦的化學性質活潑，對加熱敏感，加熱至300℃開始吸氫，從400℃開始吸氧，從600℃開始吸氮，所以焊接過程中會存在一些問題，因此對鈦設備的制造來說焊接是關鍵的

工藝。

1.1 焊接接頭易脆裂

TA1工業純鈦焊接時，氧、氮、氫、碳、鐵對于鈦材焊接是不利的。含氧量增加，焊縫強度隨之增加，而塑性顯著下降；對于提高焊縫的抗拉強度、硬度，降低焊縫的塑性，氮比氧更加明顯；焊縫含氫量變化對焊縫沖擊性能的影響最為顯著，隨著含氫量的增加，焊縫沖擊性能下降，而且在焊接時氫由高溫熔池向較低溫度的熱影響區擴散，熱影響區析出TH2量增加，使熱影響區的脆性增大，最后出現延遲裂紋；碳與鈦在高溫下生成碳化鈦也能使焊縫塑性下降，產生裂縫；鈦與黑色金屬混雜，會被鐵離子污染，產生焊接裂紋。所以為了保證TA1的焊接接頭性能，在焊接時要盡量避免混入這些元素。

1.2 過熱與性能劣化

鈦的熔點高，熱容量大，導熱差，所以鈦材焊接時，焊后冷卻速度應當保持在一定的范圍內，不能過快也不能過慢，當冷卻速度快時，高溫β相易轉變成不穩定的組織α相，對接頭塑性不利；而當冷卻速度慢時，焊縫及熱影響區容易產生晶粒粗大的過熱組織，降低接頭性能。所以焊接時要選擇合適的焊接線能量和合適的冷卻速度，保證焊接接頭的機械性能。

2 TA1工業純鈦的焊接工藝

通過以上對TA1工業純鈦的性能和焊接時存在問題的分析，制定了相應的焊接工藝，采用鎢極氬弧焊進行焊接工藝評定試驗。

2.1 試驗材料

母材為10mmTA1板，下料尺寸為125×400mm，焊絲為φ1.2ERTA1ELI，母材及焊材化學成分及力學性能見表1，保護氣體選用99.99%氬氣。

2.2 坡口型式

坡口型式為Y型，坡口角度60°，鈍邊2mm，坡口采用機加工。

2.3 母材及焊材的清理

鈦板在焊接前必須嚴格清洗，清除表面的氧化物及其他臟物，避免焊接時產生氣孔等缺陷。首先用丙酮擦洗，然后放入酸洗液中約2-3min，酸洗后沖洗干凈晾干，焊材用同樣方法進行清洗。

2.4 鈦材現場焊接

2.4.1 組對、點焊要求。組對時錯邊量不超過10%板厚，避免采用強力，定位焊是減少焊接變形的主要措施之一，在試板兩端點焊固定，長度約10mm。定位焊所用的焊絲、焊接參數等與正式焊接相同，在每一定位焊點停弧時，應延時關閉氬氣。

2.4.2 現場施焊焊接工藝參數如表2所示。

2.4.3 焊接操作：

（1）焊接前，氣體保護裝置需固定，防止焊接過程中脫落；（2）焊接工作要連續完成，如果間斷，在重新焊接前，必須對焊縫及母材兩側重新進行清理；（3）焊槍噴嘴直徑φ15mm，氣流要穩定。焊接過程中，要隨時檢查保護氣體的保護情況，以防其影響焊接質量，層間溫度≤150℃；（4）起弧時，焊槍提前送氣，焊接送絲時，要讓焊絲端部始終處在Ar氣保護之下，斷弧及焊縫收尾時，要繼續通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區冷卻到350℃以下。

2.5 焊接質量檢驗

2.5.1 焊后經外觀檢查，焊縫顏色為亮銀白色，保護效果優，無氣孔裂紋等缺陷，焊縫成型良好。焊接接頭外觀檢驗合格后，經x光探傷為I級，表面經著色檢查沒有缺陷。

2.5.2 焊接接頭性能如表3所示。

3 結語

通過實驗和實際產品的焊接得出結論，為了使TA1工業純鈦獲得良好的焊接接頭性能，需注意以下三點：（1）焊接鈦板前要對母材及焊材去油去污，避免與黑色金屬接觸；（2）焊接時應選擇合適的規范，盡量用小的焊接線能量；（3）焊接時要對熔池及溫度超過400℃的焊縫及熱影響區（包括熔池背面）加以妥善保護，避免空氣污染，保證氣體保護效果。

參考文獻

[1] 鈦及鈦合金板材（GBT3621-2007）[S].

[2] 承壓設備焊接工藝評定（NB/T47014-2011）[S].

[3] 曹斌，王迎君，湯傳健.工業純鈦的焊接[J].電焊機，2001，31（11）：21-24.

[4] 陳祝年.焊接工程師手冊（第二版）[M].北京：機械工業出版社，2009.1127-1131.

[5] 凌堃.焊接熱輸入對鈦材焊接接頭性能的影響[J].工藝與新技術，2011，40（4）：29-31.

[6] 阮鑫.鈦材焊接缺陷分析與焊接質量控制[J].機械工程材料，2004，28（8）：52-54.

摘要：鈦材是一種新型材料，具有許多優良性能，如密度小、抗拉強度高、比強度大，高溫下仍具有足夠高的強度，另外它還具有優良的抗腐蝕性能和低溫沖擊性能。文章分析了TA1工業純鈦的性能特點及焊接時焊接接頭存在的問題，并根據其在焊接過程中存在的主要問題制定了合理的焊接工藝，以保證焊接質量。

關鍵詞：TA1工業純鈦；鎢極氬弧焊；純鈦焊接

中圖分類號：TG457 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0074-02

鈦材是一種新型材料，具有許多優良性能，如密度小、抗拉強度高、比強度大，高溫下仍具有足夠高的強度，另外它還具有優良的抗腐蝕性能和低溫沖擊性能。隨著冶煉技術的提高，鈦材產量迅速增長，已越來越多地用于航空、軍工、儀表等重要尖端技術和先進設

備上。

1 工業純鈦的焊接特點

TA1工業純鈦雖具有許多優良特點，但鈦的化學性質活潑，對加熱敏感，加熱至300℃開始吸氫，從400℃開始吸氧，從600℃開始吸氮，所以焊接過程中會存在一些問題，因此對鈦設備的制造來說焊接是關鍵的

工藝。

1.1 焊接接頭易脆裂

TA1工業純鈦焊接時，氧、氮、氫、碳、鐵對于鈦材焊接是不利的。含氧量增加，焊縫強度隨之增加，而塑性顯著下降；對于提高焊縫的抗拉強度、硬度，降低焊縫的塑性，氮比氧更加明顯；焊縫含氫量變化對焊縫沖擊性能的影響最為顯著，隨著含氫量的增加，焊縫沖擊性能下降，而且在焊接時氫由高溫熔池向較低溫度的熱影響區擴散，熱影響區析出TH2量增加，使熱影響區的脆性增大，最后出現延遲裂紋；碳與鈦在高溫下生成碳化鈦也能使焊縫塑性下降，產生裂縫；鈦與黑色金屬混雜，會被鐵離子污染，產生焊接裂紋。所以為了保證TA1的焊接接頭性能，在焊接時要盡量避免混入這些元素。

1.2 過熱與性能劣化

鈦的熔點高，熱容量大，導熱差，所以鈦材焊接時，焊后冷卻速度應當保持在一定的范圍內，不能過快也不能過慢，當冷卻速度快時，高溫β相易轉變成不穩定的組織α相，對接頭塑性不利；而當冷卻速度慢時，焊縫及熱影響區容易產生晶粒粗大的過熱組織，降低接頭性能。所以焊接時要選擇合適的焊接線能量和合適的冷卻速度，保證焊接接頭的機械性能。

2 TA1工業純鈦的焊接工藝

通過以上對TA1工業純鈦的性能和焊接時存在問題的分析，制定了相應的焊接工藝，采用鎢極氬弧焊進行焊接工藝評定試驗。

2.1 試驗材料

母材為10mmTA1板，下料尺寸為125×400mm，焊絲為φ1.2ERTA1ELI，母材及焊材化學成分及力學性能見表1，保護氣體選用99.99%氬氣。

2.2 坡口型式

坡口型式為Y型，坡口角度60°，鈍邊2mm，坡口采用機加工。

2.3 母材及焊材的清理

鈦板在焊接前必須嚴格清洗，清除表面的氧化物及其他臟物，避免焊接時產生氣孔等缺陷。首先用丙酮擦洗，然后放入酸洗液中約2-3min，酸洗后沖洗干凈晾干，焊材用同樣方法進行清洗。

2.4 鈦材現場焊接

2.4.1 組對、點焊要求。組對時錯邊量不超過10%板厚，避免采用強力，定位焊是減少焊接變形的主要措施之一，在試板兩端點焊固定，長度約10mm。定位焊所用的焊絲、焊接參數等與正式焊接相同，在每一定位焊點停弧時，應延時關閉氬氣。

2.4.2 現場施焊焊接工藝參數如表2所示。

2.4.3 焊接操作：

（1）焊接前，氣體保護裝置需固定，防止焊接過程中脫落；（2）焊接工作要連續完成，如果間斷，在重新焊接前，必須對焊縫及母材兩側重新進行清理；（3）焊槍噴嘴直徑φ15mm，氣流要穩定。焊接過程中，要隨時檢查保護氣體的保護情況，以防其影響焊接質量，層間溫度≤150℃；（4）起弧時，焊槍提前送氣，焊接送絲時，要讓焊絲端部始終處在Ar氣保護之下，斷弧及焊縫收尾時，要繼續通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區冷卻到350℃以下。

2.5 焊接質量檢驗

2.5.1 焊后經外觀檢查，焊縫顏色為亮銀白色，保護效果優，無氣孔裂紋等缺陷，焊縫成型良好。焊接接頭外觀檢驗合格后，經x光探傷為I級，表面經著色檢查沒有缺陷。

2.5.2 焊接接頭性能如表3所示。

3 結語

通過實驗和實際產品的焊接得出結論，為了使TA1工業純鈦獲得良好的焊接接頭性能，需注意以下三點：（1）焊接鈦板前要對母材及焊材去油去污，避免與黑色金屬接觸；（2）焊接時應選擇合適的規范，盡量用小的焊接線能量；（3）焊接時要對熔池及溫度超過400℃的焊縫及熱影響區（包括熔池背面）加以妥善保護，避免空氣污染，保證氣體保護效果。

參考文獻

[1] 鈦及鈦合金板材（GBT3621-2007）[S].

[2] 承壓設備焊接工藝評定（NB/T47014-2011）[S].

[3] 曹斌，王迎君，湯傳健.工業純鈦的焊接[J].電焊機，2001，31（11）：21-24.

[4] 陳祝年.焊接工程師手冊（第二版）[M].北京：機械工業出版社，2009.1127-1131.

[5] 凌堃.焊接熱輸入對鈦材焊接接頭性能的影響[J].工藝與新技術，2011，40（4）：29-31.

[6] 阮鑫.鈦材焊接缺陷分析與焊接質量控制[J].機械工程材料，2004，28（8）：52-54.

摘要：鈦材是一種新型材料，具有許多優良性能，如密度小、抗拉強度高、比強度大，高溫下仍具有足夠高的強度，另外它還具有優良的抗腐蝕性能和低溫沖擊性能。文章分析了TA1工業純鈦的性能特點及焊接時焊接接頭存在的問題，并根據其在焊接過程中存在的主要問題制定了合理的焊接工藝，以保證焊接質量。

關鍵詞：TA1工業純鈦；鎢極氬弧焊；純鈦焊接

中圖分類號：TG457 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0074-02

鈦材是一種新型材料，具有許多優良性能，如密度小、抗拉強度高、比強度大，高溫下仍具有足夠高的強度，另外它還具有優良的抗腐蝕性能和低溫沖擊性能。隨著冶煉技術的提高，鈦材產量迅速增長，已越來越多地用于航空、軍工、儀表等重要尖端技術和先進設

備上。

1 工業純鈦的焊接特點

TA1工業純鈦雖具有許多優良特點，但鈦的化學性質活潑，對加熱敏感，加熱至300℃開始吸氫，從400℃開始吸氧，從600℃開始吸氮，所以焊接過程中會存在一些問題，因此對鈦設備的制造來說焊接是關鍵的

工藝。

1.1 焊接接頭易脆裂

TA1工業純鈦焊接時，氧、氮、氫、碳、鐵對于鈦材焊接是不利的。含氧量增加，焊縫強度隨之增加，而塑性顯著下降；對于提高焊縫的抗拉強度、硬度，降低焊縫的塑性，氮比氧更加明顯；焊縫含氫量變化對焊縫沖擊性能的影響最為顯著，隨著含氫量的增加，焊縫沖擊性能下降，而且在焊接時氫由高溫熔池向較低溫度的熱影響區擴散，熱影響區析出TH2量增加，使熱影響區的脆性增大，最后出現延遲裂紋；碳與鈦在高溫下生成碳化鈦也能使焊縫塑性下降，產生裂縫；鈦與黑色金屬混雜，會被鐵離子污染，產生焊接裂紋。所以為了保證TA1的焊接接頭性能，在焊接時要盡量避免混入這些元素。

1.2 過熱與性能劣化

鈦的熔點高，熱容量大，導熱差，所以鈦材焊接時，焊后冷卻速度應當保持在一定的范圍內，不能過快也不能過慢，當冷卻速度快時，高溫β相易轉變成不穩定的組織α相，對接頭塑性不利；而當冷卻速度慢時，焊縫及熱影響區容易產生晶粒粗大的過熱組織，降低接頭性能。所以焊接時要選擇合適的焊接線能量和合適的冷卻速度，保證焊接接頭的機械性能。

2 TA1工業純鈦的焊接工藝

通過以上對TA1工業純鈦的性能和焊接時存在問題的分析，制定了相應的焊接工藝，采用鎢極氬弧焊進行焊接工藝評定試驗。

2.1 試驗材料

母材為10mmTA1板，下料尺寸為125×400mm，焊絲為φ1.2ERTA1ELI，母材及焊材化學成分及力學性能見表1，保護氣體選用99.99%氬氣。

2.2 坡口型式

坡口型式為Y型，坡口角度60°，鈍邊2mm，坡口采用機加工。

2.3 母材及焊材的清理

鈦板在焊接前必須嚴格清洗，清除表面的氧化物及其他臟物，避免焊接時產生氣孔等缺陷。首先用丙酮擦洗，然后放入酸洗液中約2-3min，酸洗后沖洗干凈晾干，焊材用同樣方法進行清洗。

2.4 鈦材現場焊接

2.4.1 組對、點焊要求。組對時錯邊量不超過10%板厚，避免采用強力，定位焊是減少焊接變形的主要措施之一，在試板兩端點焊固定，長度約10mm。定位焊所用的焊絲、焊接參數等與正式焊接相同，在每一定位焊點停弧時，應延時關閉氬氣。

2.4.2 現場施焊焊接工藝參數如表2所示。

2.4.3 焊接操作：

（1）焊接前，氣體保護裝置需固定，防止焊接過程中脫落；（2）焊接工作要連續完成，如果間斷，在重新焊接前，必須對焊縫及母材兩側重新進行清理；（3）焊槍噴嘴直徑φ15mm，氣流要穩定。焊接過程中，要隨時檢查保護氣體的保護情況，以防其影響焊接質量，層間溫度≤150℃；（4）起弧時，焊槍提前送氣，焊接送絲時，要讓焊絲端部始終處在Ar氣保護之下，斷弧及焊縫收尾時，要繼續通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區冷卻到350℃以下。

2.5 焊接質量檢驗

2.5.1 焊后經外觀檢查，焊縫顏色為亮銀白色，保護效果優，無氣孔裂紋等缺陷，焊縫成型良好。焊接接頭外觀檢驗合格后，經x光探傷為I級，表面經著色檢查沒有缺陷。

2.5.2 焊接接頭性能如表3所示。

3 結語

通過實驗和實際產品的焊接得出結論，為了使TA1工業純鈦獲得良好的焊接接頭性能，需注意以下三點：（1）焊接鈦板前要對母材及焊材去油去污，避免與黑色金屬接觸；（2）焊接時應選擇合適的規范，盡量用小的焊接線能量；（3）焊接時要對熔池及溫度超過400℃的焊縫及熱影響區（包括熔池背面）加以妥善保護，避免空氣污染，保證氣體保護效果。

參考文獻

[1] 鈦及鈦合金板材（GBT3621-2007）[S].

[2] 承壓設備焊接工藝評定（NB/T47014-2011）[S].

[3] 曹斌，王迎君，湯傳健.工業純鈦的焊接[J].電焊機，2001，31（11）：21-24.

[4] 陳祝年.焊接工程師手冊（第二版）[M].北京：機械工業出版社，2009.1127-1131.

[5] 凌堃.焊接熱輸入對鈦材焊接接頭性能的影響[J].工藝與新技術，2011，40（4）：29-31.

[6] 阮鑫.鈦材焊接缺陷分析與焊接質量控制[J].機械工程材料，2004，28（8）：52-54.