1、 纯钛是一 种银白色金属 882.5以下它具有密排六方结构（ 相） ，高于此温度，发生同素异构转变，成为体心立方结构（ 相） 。-Ti 882.5 -Ti 钛与氧的化学亲合力强，甚至在室温下其清洁的表面也会迅速地形成稳定而坚韧的氧化层这种行为产生自然钝化，因而钛具有良好的耐盐、耐氧化性酸和无机酸腐蚀性能。 在退火状态下工业纯钛的抗拉强度为 350700MPa，伸长率为 2030，冷弯角80o130 o 具有良好的低温性能。 钛的热膨胀系数和导热率小，具有良好的焊接性。 工业纯钛：根据最低的力学性能和最大的间隙杂质含量来分类。TA1、TA2 、TA3。 钛合金： 是一种固溶强化钛合金 TA4、
2、TA5、 TA6TA19。 钛合金：含 相稳定元素百分率高（实际上不是单相钛合金） ， 相转变非常缓慢，室温显微组织几乎全部为 相，可通过热处理来提高强度，优良的成形性能和加工性能，焊接性一般 TB2、TB3TB6。 + 钛合金：可用固溶时效热处理进行强化，含有 稳定元素和少量的 相稳定元素。TC1、TC2TC12。 相稳定元素：可以大量固溶在 相中扩大 区的元素 Al、O 、N。 相稳定元素：可以大量固溶在 相中扩大 区的元素V、Mo、Co、Cr、Fe、Mn、H 等。 气体等杂质污染而引起焊接接头脆化：常温下，钛及其合金比较稳定，随着温度的升高，钛及其合金吸收氧、氮及氢的能力也随之上升。氧的
3、影响：从 400开始吸氧， 600快速吸氧，氧以间隙固溶体的形式存在，晶格畸变固溶强化，导致钛及其合金强度提高、塑性韧性下降。焊缝含氧量随保护气体中的氧含量增加而直线上升。在 钛中最大固溶量为 14.5。在 钛中最大固溶量为 1.8。含氧量越高固溶强化越严重。氧会导致钛合金氧化，钛是一种活性元素，当钛及其合金表面为银白色和浅黄色时钛合金几乎未发生氧化；当钛及其合金表面为青灰色是中度氧化；为黑色和出现白色粉末时是严重氧化。氮的影响：从 600开始吸氮，700 快速吸氮，在 钛中最大固溶量为 7；在 钛中最大固溶量为 2。氮是从空气中进入的。当钛及其合金中的氮未超过饱和溶解度时，氮存在于钛及其合金
4、的间隙位置，形成间隙固溶体，导致晶格畸变，强度增加，塑韧性下降。当钛及其合金中的氮超过饱和溶解度时，一部分氮存在于钛及其合金的间隙位置，形成间隙固溶体，导致晶格畸变，强度增加，塑韧性下降；其他氮与钛反应生成硬脆的 TiN，使得材料的塑韧性和强度显著下降。氢的影响：从 250开始吸氢，300快速吸氢。氢在金属中会形成间隙固溶体，固溶量很小，对强度提高和塑韧性下降的效果不明显；更为重要的是钛和氢在 325会形成针状和片状的 TiH2，硬脆的 TiH2 增加了缺口的敏感性，使得焊接接头的冲击韧性显著下降。氢还会造成氢致冷裂纹。碳的影响：碳可以固溶在 钛中，使得焊缝的强度有所提高，塑韧性有所下降；当碳
5、的含量过高时在焊缝中会形成网状的 TiC，使得焊缝的塑性急剧下降并会诱导产生裂纹。 焊接相变引起的性能变化1.工业纯钛：E 大的情况下，因为 Ti 的比热和导热系数小，冷却速度比钢慢，导致 HAZ 高温停留时间长（相同的 E 下，为钢的 23 倍） ，晶粒过热粗大，过热区面积增大，使得接头脆化，塑韧性降低。如 Ti 中含有 0.05的 Fe，焊接时会产生针状 相，使得塑韧性下降，耐腐蚀性下降。E 小的情况下，冷却速度过快， 相经过无扩散性的共格相变，形成 相，针状的 Ti 马氏体 相使得塑韧性下降。2. 钛： 钛大部分有 Sn、Al， E 小的情况下，冷却速度过快，过饱和的 相经过无扩散性的共
6、格相变，形成 相，针状的 Ti 马氏体 相使得塑韧性下降；E 大的情况下，冷却速度比钢慢，导致 HAZ 高温停留时间长，晶粒过热粗大，过热区面积增大，使得接头脆化，塑韧性降低。3. + 钛：TC1TC4 这些钛合金是以 相为主，少量 相。当 E 小时，冷却速度快，会发生 相， 相，过饱和的 相会使得塑韧性下降，冷却速度越快 越细，量越多，塑韧性下降越多。以退火态 TC4 为例焊接接头强度系数为 100，但塑性只有母材的 50。当 E 大时，因为这类 Ti 合金，合金化程度高，晶粒长大倾向小，对塑韧性影响不大。TC9TC17 这些钛合金合金化元素高，在焊接时 相会变为脆性 w 相，小 E 产生
7、相，不但接头塑韧性下降且会产生 HAZ 裂纹。采用焊前预热的方法可以避免产生 相，提高塑韧性。4. 钛：亚稳态 钛合金 TB2， +极少量的 相，焊接时得到亚稳定的 相，焊后热处理和高温使用会析出 相，使得接头脆化。这种钛合金焊接时塑性好，但强度下降。稳态 钛合金 Ti-33Mo 焊接时无相变，焊接性良好。 钛及其合金对热裂纹不敏感，其原因是 S、C 等杂质少，低熔共晶数量少；线膨胀系数小，应力变形小，不易产生热裂纹。 + 钛合金 稳定元素多，有可能产生热应力裂纹。 钛及其合金焊接时主要产生冷裂纹，是一种延迟裂纹，主要原因：焊接时，焊缝金属中的氢向 HAZ 扩散，此处的氢浓度大于临界氢浓度，诱
8、导氢致裂纹萌生； H2+Ti=TiH2，生成的针状 TiH2 比较脆且发生体积膨胀，形成较大的组织应力，使得氢致裂纹敏感性大大增加； 由于焊接接头中存在残余应力，残余应力诱导氢扩散，同时拉伸残余应力为裂纹的萌生扩展提供了力学条件。 钛合金的气孔问题：钛及其合金是一种活性金属，生成的气孔主要是氢气孔（少量 CO 气孔） 。 气孔的分布：在焊接线能量大的时候主要产生在熔合线；在焊接线能量小的时候，焊缝冷却速度快，气体来不及从熔池中逸出，形成焊缝中部结晶气孔。 产生气孔的原因氢的来源：弧柱中的氢和水分、母材表面氧化膜吸附的结晶水、橡胶手套表面的增塑剂、焊材和母材表面的油污和吸附水。氢在 Ti 中溶解
9、度变化如图所示，从图中可见在凝固时溶解度突变；在液态时随温度的降低溶解度增加。在焊接过程中，熔池中心温度高，在熔池边缘温度低，故熔池中部的氢向熔池边缘扩散；凝固时，熔池边缘液态金属粘度大，液态的 Ti 结晶成固态时过饱和的氢从液态金属中析出不易逸出，在熔合线处造成气孔。E 小时，焊缝结晶过程迅速，溶解度突变造成焊缝中部的气孔。钛合金中氧化物质点、高熔点磨料质点可作为气孔形核的非自发形核核心，增加了气孔敏感性。 填充材料：同质材料为了改善接头塑性、韧性采用低强度级别材料(例如 TA7、TC4 可用 TA1、TA2)要求填充金属的间隙元素含量较低，一般不超过母材的 50，这样有利于降低焊缝的强度，
10、提高润湿性。焊丝直径 13mm，其比表面积大，严禁焊丝表面污染、表面缺陷 (裂纹、褶皱)。保护气体一般用 Ar，纯度大于 99.99。深熔焊、仰焊、立焊采用 He，输气管用环氧基 or 乙烯基软管。 焊接方法：TIG、MIG、PAW、电子束、激光焊、电阻焊、摩擦焊、高频焊、钎焊等。 焊前准备：去氧化膜可用机械方法不锈钢刷、刮刀去除氧化膜；化学方法去除氧化膜HF24+3040%HNO3+H2O 在 60的槽中清洗烘干。保护：温度高于 260 区域必须保护，方法有加尾拖和背部气体保护；高纯度的惰性气体罩；真空度 完全退火适用于 钛和稳定的 钛合金，消除应力和保证较高的强度和塑性。t1.5mm，保温 15min；1.62.0mm，保温 20min；2.16mm ，保温25min；620mm，保温 60min；2050mm，保温 120min。真空或氩气中退火。+ 钛合金要严格控制冷却速度，冷却到一定温度再空冷或分段退火。 不完全退火：主要消除应力。 淬火+时效处理：对简单的钛合金压力容器，可以使用焊后水淬再加时效处理的方法（时效温度500）保证焊接件的综合力学性能。 时效处理：焊件焊前淬火，焊后时效，保证母材强度。许多钛合金在焊件热循环的作用下产生局部淬火作用。例如 TC4，500 ，4h； 600 ，2h。钛及其合金退火温度钛及其合金不完全退火温度
