TC4钛合金、TC11钛合金等钛合金材料焊接缺陷的预防及控制探讨

钛合金凭借其低密度、高强度、耐腐蚀、高性能等诸多优点被广泛应用于化工、石油、机械制造等领域。但由于钛合金同时也具有较强的活泼性，因此在焊接过程中极易受到温度、气体等影响，导致焊接过程中出现各种缺陷。以下主要对钛合金焊接缺陷的预防和控制措施进行浅析，旨在促进钛合金焊接质量得到提高。

一、焊接接头质量产生影响的主要因素

首先，气体等杂质污染会对焊接接头的质量产生影响。当处于常温状态下时，钛及钛合金均具有较好的稳定性。但在实施焊接操作的过程中，液态熔滴、熔池金属均具有较强的吸收氧、氢、氮作用，且当这些气体为固态时，其会与钛及钛合金会发生反应。随着温度的升高，钛及钛合金对氧、氢、氮等吸收能力会不断升高。氧气、氢气、氮气均会对钛合金的焊接质量产生一定程度的影响，进而导致焊接缺陷出现。其次，碳会对焊接接头的质量产生影响。碳为钛及钛合金中一种常见杂质。实验结果显示，当碳含量未超过0.13%时，焊缝的强度会明显有一定程度的提高，塑性相应的下降，但这种影响没有氧氮的作用强烈。当含碳量增加时，在焊缝中会有网状的TiC出现，且其数量与碳含量呈正比例关系，碳含量越高，网状TiC数量就越多。网状TiC的存在会大大降低焊缝塑性，进而导致裂纹出现。当含碳量达0.55%时，焊缝几乎失去塑性，成为很脆的材料。

二、焊接缺陷的预防及控制措施

（一）气孔的预防和控制

气孔为钛合金焊接最为常见的一种焊接缺陷。气孔的消除难度较大，几乎无法完全消除，通常只能根据工作需要加强对气孔数量、尺寸、分布等进行限制。预防和控制这种焊接缺陷的措施主要有以下几点。

1.加强对材料及表面进行清理

①通常情况下，保护气均为一级氩气，必须保证其纯度超过99.99%。

②焊丝不能存在夹层、裂纹。在实施焊接操作前应将焊丝进行酸洗，或者进行机械清理。

③但接端面无法进行刮削、铣刨等操作时，在焊接前应先对其进行酸洗。酸洗液通常为3%HF+35%HNO3的水溶液。对焊件表面进行酸洗后还必须使用净水进行冲洗并将其烘干。通常情况下，酸洗-焊接之间的时间间隔应小于2h。如时间过长，需将其放置到干燥、洁净的地方储存好，储存的时间需控制在120h之内。

④锤击、横向刨、滚压端面，产生横向沟槽，可大大减少气孔的产生。焊前进行热清理也可减少气孔的存在。实施氩弧焊时可进行电弧热清理。

2.提高焊接工艺

①适当增加熔池停留的时间，促进气泡能够有效逸出，减少气孔。

②使用冶金方法加强对熔池进行去气，即使用 MnCl2、AlCl3或 CaF2等涂抹到焊接坡口，熔剂的使用数量通常为1mg/cm2。

③将接坡口留间隙控制在0.2-0.5mm的范围内，减少气孔。

④实施钨极氩弧焊填丝焊接操作时，使用的焊丝距熔池因保持一定的高度进行导入，使焊丝熔化之后直接下落到电弧区，而不会直接进入到熔池中，起到熔滴净化去气作用，减少气孔。但是该种方法的使用会对焊缝成形产生一定影响。

（二）裂纹的预防和控制

在钛合金焊接缺陷中，裂纹为一种较为少见的缺陷，其预防和控制措施主要表现如下：

①加强焊接保护，避免由于焊接保护不良导致的焊缝变脆，进而导致焊接热应力裂纹产生。

②所应用的焊丝不能存在夹层、裂纹等，避免有害杂质沾污，减少焊接热裂纹产生。

③实施焊接操作前使用预热，焊接后使用缓冷等相关工艺措施，防止TC10类含β稳定元素较多的钛合金在焊接过程中由于结构刚性较大、焊接过程中所使用的工艺不当而导致延时裂纹产生。

④β钛合金或者后壁为α+β的钛合金不使用工业纯钛焊丝，防止焊缝中出现裂纹。

（三）未焊透及钨夹杂的预防和控制

未焊透通常易发生于氩弧焊，其也是一种较为常见的焊接缺陷。在焊接操作过程中，应用稍大工艺参数焊接，并使用背面加垫板的方法可有效预防未焊透焊接缺陷的发生。在实施手工氩弧焊的过程中，稍微操作不慎并有可能导致钨夹杂产生，因此，预防和控制该种焊接缺陷产生的措施为加强对焊工进行操作技能培训，提高其焊接操作的稳定性。

三、结束语

在钛合金焊接过程中，焊接缺陷是无法完全避免的，为促进钛合金的焊接质量得到有效保证，需不断加强对导致焊接缺陷产生的相关因素进行深入研究，然后应用具有针对性的措施进行预防和控制。只有这样才能有效降低焊接缺陷，保证焊接质量。