TC4鈦合金、TC11鈦合金等鈦合金材料焊接缺陷的預防及控制探討

鈦合金憑借其低密度、高強度、耐腐蝕、高性能等諸多優點被廣泛應用于化工、石油、機械制造等領域。但由于鈦合金同時也具有較強的活潑性，因此在焊接過程中極易受到溫度、氣體等影響，導致焊接過程中出現各種缺陷。以下主要對鈦合金焊接缺陷的預防和控制措施進行淺析，旨在促進鈦合金焊接質量得到提高。

一、焊接接頭質量產生影響的主要因素

首先，氣體等雜質污染會對焊接接頭的質量產生影響。當處于常溫狀態下時，鈦及鈦合金均具有較好的穩定性。但在實施焊接操作的過程中，液態熔滴、熔池金屬均具有較強的吸收氧、氫、氮作用，且當這些氣體為固態時，其會與鈦及鈦合金會發生反應。隨著溫度的升高，鈦及鈦合金對氧、氫、氮等吸收能力會不斷升高。氧氣、氫氣、氮氣均會對鈦合金的焊接質量產生一定程度的影響，進而導致焊接缺陷出現。其次，碳會對焊接接頭的質量產生影響。碳為鈦及鈦合金中一種常見雜質。實驗結果顯示，當碳含量未超過0.13%時，焊縫的強度會明顯有一定程度的提高，塑性相應的下降，但這種影響沒有氧氮的作用強烈。當含碳量增加時，在焊縫中會有網狀的TiC出現，且其數量與碳含量呈正比例關系，碳含量越高，網狀TiC數量就越多。網狀TiC的存在會大大降低焊縫塑性，進而導致裂紋出現。當含碳量達0.55%時，焊縫幾乎失去塑性，成為很脆的材料。

二、焊接缺陷的預防及控制措施

（一）氣孔的預防和控制

氣孔為鈦合金焊接最為常見的一種焊接缺陷。氣孔的消除難度較大，幾乎無法完全消除，通常只能根據工作需要加強對氣孔數量、尺寸、分布等進行限制。預防和控制這種焊接缺陷的措施主要有以下幾點。

1.加強對材料及表面進行清理

①通常情況下，保護氣均為一級氬氣，必須保證其純度超過99.99%。

②焊絲不能存在夾層、裂紋。在實施焊接操作前應將焊絲進行酸洗，或者進行機械清理。

③但接端面無法進行刮削、銑刨等操作時，在焊接前應先對其進行酸洗。酸洗液通常為3%HF+35%HNO3的水溶液。對焊件表面進行酸洗后還必須使用凈水進行沖洗并將其烘干。通常情況下，酸洗-焊接之間的時間間隔應小于2h。如時間過長，需將其放置到干燥、潔凈的地方儲存好，儲存的時間需控制在120h之內。

④錘擊、橫向刨、滾壓端面，產生橫向溝槽，可大大減少氣孔的產生。焊前進行熱清理也可減少氣孔的存在。實施氬弧焊時可進行電弧熱清理。

2.提高焊接工藝

①適當增加熔池停留的時間，促進氣泡能夠有效逸出，減少氣孔。

②使用冶金方法加強對熔池進行去氣，即使用 MnCl2、AlCl3或 CaF2等涂抹到焊接坡口，熔劑的使用數量通常為1mg/cm2。

③將接坡口留間隙控制在0.2-0.5mm的范圍內，減少氣孔。

④實施鎢極氬弧焊填絲焊接操作時，使用的焊絲距熔池因保持一定的高度進行導入，使焊絲熔化之后直接下落到電弧區，而不會直接進入到熔池中，起到熔滴凈化去氣作用，減少氣孔。但是該種方法的使用會對焊縫成形產生一定影響。

（二）裂紋的預防和控制

在鈦合金焊接缺陷中，裂紋為一種較為少見的缺陷，其預防和控制措施主要表現如下：

①加強焊接保護，避免由于焊接保護不良導致的焊縫變脆，進而導致焊接熱應力裂紋產生。

②所應用的焊絲不能存在夾層、裂紋等，避免有害雜質沾污，減少焊接熱裂紋產生。

③實施焊接操作前使用預熱，焊接后使用緩冷等相關工藝措施，防止TC10類含β穩定元素較多的鈦合金在焊接過程中由于結構剛性較大、焊接過程中所使用的工藝不當而導致延時裂紋產生。

④β鈦合金或者后壁為α+β的鈦合金不使用工業純鈦焊絲，防止焊縫中出現裂紋。

（三）未焊透及鎢夾雜的預防和控制

未焊透通常易發生于氬弧焊，其也是一種較為常見的焊接缺陷。在焊接操作過程中，應用稍大工藝參數焊接，并使用背面加墊板的方法可有效預防未焊透焊接缺陷的發生。在實施手工氬弧焊的過程中，稍微操作不慎并有可能導致鎢夾雜產生，因此，預防和控制該種焊接缺陷產生的措施為加強對焊工進行操作技能培訓，提高其焊接操作的穩定性。

三、結束語

在鈦合金焊接過程中，焊接缺陷是無法完全避免的，為促進鈦合金的焊接質量得到有效保證，需不斷加強對導致焊接缺陷產生的相關因素進行深入研究，然后應用具有針對性的措施進行預防和控制。只有這樣才能有效降低焊接缺陷，保證焊接質量。