提高鈦合金焊接質量的措施探討

王牛俊

摘 要：鈦合金的焊接質量直接關系到鈦制品的使用性能和質量，而由于鈦合金自身的物理特性和化學特性，在焊接時，容易受到氫、氦、氮的影響而導致焊縫出現裂紋、氣孔、鎢夾雜等質量缺陷，由此影響到整個構件的穩定性。文章對鈦合金焊接中常見的質量缺陷進行了分析，進而提出了有效的防范措施，對于提高鈦制品的焊接質量具有重要意義。

關鍵詞：鈦合金；焊接；質量缺陷；防止措施

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

鈦合金的強度較大，具有較好的韌性和耐腐蝕性，所以在工業生產中應用范圍較廣，但是在焊接時如果受到空氣的污染，就會導致焊縫出現質量缺陷。焊縫在鈦制品中受力負荷加大，如果存在質量缺陷，就會降低整體的穩定性和安全性，進而導致安全事故的發生以及嚴重的經濟損失。所以應該在焊接前，采取有效的防止措施，降低焊接質量缺陷出現的幾率，提高鈦合金焊接質量。

1 鈦合金焊接質量缺陷及防止措施

1.1 焊接裂紋及防止措施

焊接裂紋是鈦合金焊接中常見的質量缺陷，因為鈦合金中的硫、磷和碳等雜質較少，所以在晶界中一般不常見低熔點共晶，有效結晶的溫度區間較窄，在焊縫凝固的過程中收縮量較小，所以在焊接時很少會出現熱裂紋。如果母材與焊絲的質量達不到規范的標準要求，自身就存在質量缺陷的情況下，且在夾層中存在有害物質時，就可能會出現熱裂紋，所以在焊接時應該注意焊絲的質量，并且做好有害物質的防護工作，加強對焊后的熱處理，則可有效避免熱裂紋的出現。

鈦合金焊接時在熱影響區可能會出現延遲裂紋，這種裂紋一般會在焊后的一段時間內出現。出現延遲裂紋基本與氫有一定的關系，由于焊接過程中熔池和低溫區母材中的氫會向熱影響區擴散，由此而導致熱影響區的氫含量有所增加，在應力的影響下，就會導致延遲裂紋的出現。為了防止延遲裂紋的出現，應該盡量減少焊接接頭的氫含量，可以選擇含氫量較少的母材、焊絲，并且做好焊前的清理工作，焊后做好殘余應力的消除工作。一般正常氫含量的鈦合金不會出現氫化鈦，所以焊縫中出現裂紋的幾率也很小。但是在使用厚板α+β鈦合金進行多層焊時，使用工業純鈦作為填充材料，就會引起氫化鈦的出現，從而引發氫脆。

1.2 焊接氣孔及防止措施

氣孔也是鈦合金焊接中比較常見的質量缺陷，主要包括焊縫中部氣孔和熔合線氣孔。氣孔的存在會降低焊接接頭的疲勞強度，有時在氣孔較小時，使用無損探傷都無法檢測出，此時對焊接接頭的疲勞強度就會引發較大的不利影響。出現焊縫氣孔的原因主要是在對接斷面含有水分、油脂或者油污等，所以會導致氣孔的出現。

為了防止焊接氣孔的出現，主要可以從材料及焊接工藝兩方面采取對應措施。

做好焊絲的質量控制，選擇焊絲時應該進行認真的檢查，避免焊絲存在裂紋和夾層，在焊接工作開始前，對焊絲進行真空處理，采用酸洗措施，或者可采用機械清理的方式；加強對焊件表面的處理工作，對接端面最好進行酸洗，然后使用靜水進行沖洗，烘干，但是一定要控制酸洗到焊接的時間，最好不要超過兩個小時，如果超時，還需要重新進行酸洗，可以對端面進行銑刨的可以采取機械加工處理；在焊接前，采取熱清理的方式，可有效降低氣孔的出現。使用氬弧焊時，可用電弧進行清理，使用電子束焊時，可以使用電子束散焦預先加熱；保護氣一般都會使用純度為99.99%的氬氣。

采用適宜的焊接方法也是有效避免氣孔的重要措施，氬弧焊中的脈沖焊可減少氣孔，通斷比為1：1；等離子弧焊中的脈沖等離子弧焊比氬弧焊的降低氣孔的效果更顯著；熔池的停留時間越長，氣孔中的氣體逸出也會更加充分。使用電子束焊時，利用散焦焊接，可用低速焊和焊道重熔，無氧溶劑電渣焊可以讓熔池的停留時間更長，所以幾乎沒有氣孔出現；使用超聲和冶金的方式會對熔池進行強化去氣，減少氣孔的產生；在采用鎢極氬弧焊時，焊絲應該與熔池保持一定的距離，焊絲在熔化后不直接進入熔池，而是在電弧區下落，利用熔滴來凈化空氣，從而減少氣孔的產生。

1.3 鎢夾雜及其防止措施

在使用手工氬弧焊時，如果操作不規范，可能會導致鎢夾雜的出現。在自動焊時，為了增加熔深，就會使用“潛弧焊”的焊接工藝，引弧時會出現弧坑，下降機頭和焊炬會使鎢極的尖端處于工件的表面以下，此時一旦出現斷弧，而且又沒有及時提高鎢極的情況下，弧坑周圍的液態金屬就會將弧坑填平，將鎢極尖埋住后，待熔池凝固就會形成鎢夾雜。

在焊接開始前和焊接完成后，需要著手對鎢夾雜情況進行處理，即在焊接開始之前，仔細清理待焊區及其周圍，同時還要保持待焊區具有較好的干燥性。對于金屬表面沒有氧化皮的情況下，要做好油脂清除工作。當有氧化皮時，需要先將氧化皮去除后再清除油脂。清除油脂時可以利用相應的溶劑達到清洗的效果，酸洗后需要利用清水沖洗，并進行烘干處理。對于存在應力腐蝕危險的情況，需要利用不含氯離子的清水進行沖洗。在去氧化皮過程中，如果氧化皮在較高溫度情況下形成時，利用化學方法很難對其進行清除，具體清理時可以利用不銹鋼絲刷，然后用銼刀清理干凈，也可以利用磨削來處理。機械清理完成后一般還要進行酸洗，這樣可以保證無氧化皮和油脂污染現象發生。

1.4 未焊透及防止措施

未焊透易在氬弧焊中出現，會大大降低焊接接頭的強度，不利于整體焊件的焊接質量。為了防止未焊透，可以采用稍大的工藝參數進行焊接，還可以在背面加墊板，可有效預防未焊透現象。

2 結束語

因為鈦合金應用的領域比較重要，所以鈦合金焊接的質量非常關鍵，直接關系到鈦制品的整體結構和性能。在鈦合金焊接中比較常見的質量缺陷為裂紋、氣孔和鎢夾雜，上文中已經對這些質量缺陷的成因進行了分析，并且提出了相應的防止措施。所以在鈦合金焊接時，應該做好全面的防范措施，最大程度的降低焊接質量缺陷，提高鈦合金焊接質量，為促進我國工業生產的進步創造有利的條件。

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