钛材的分类、特点及提高钛材焊接质量的工艺措施

1. 钛及钛合金分类工业纯钛：TA1、TA2、TA3。钛合金：α钛合金、β钛合金、α+β钛合金。

2. 钛材特点 性能优异、钛材最大的特点是质量小（密度4.51g/cm3），强度高，耐腐蚀性优良，低温性能好，在海水和大多数酸、碱、盐介质中均有优良的抗腐蚀性能，在尿素生产中，其耐腐蚀性比超低碳奥氏体不锈钢还高10倍。有这样一个例子，在制盐生产中，使用紫铜管制造的预热器，使用几个月便严重腐蚀，10个月更新。氯离子对钛设备没有任何腐蚀，盐浆管用碳钢做半个月即被腐蚀，呈蜂窝状，每年要更换盐浆管6次；采用不锈钢，4个月即穿孔。换成钛管，用了4年，尚未出现腐蚀穿孔。钛设备一次性投资较高，全寿命周期费用比较低，经济效益非常明显。

3. 钛制品的焊接特点钛设备焊接极易氧化、氮化和脆化。
       ① 在400℃时即开始大量吸氢，氢是钛最有害的元素之一，使钛的塑性与韧性降低，导致脆裂，在冷却时，氢来不及逸出而产生气孔，故一般要求钛材中含量小于0.01％～0.15％，若母材含氢量大，则应预先进行脱氢处理。
       ② 钛在600℃以上就会急剧地和氧、氮化合，生成TiO2和TiN（硬度极大），使焊接接头的塑性和韧性下降，并会引起气孔和裂纹缺陷。
       ③ 当加热到800℃以上，TiO2即溶解于钛中并扩散深入到金属钛的内部组织中，形成0.01～0.08mm厚的中间脆性层。温度越高，时间越长，氧化、氮化也越严重，焊接接头的塑性急剧下降。要求钛中含氧量小于0.1％～0.15％，钛还极易与碳形成脆性的碳化物，降低塑性和可焊性。
       ④ 熔点高，1608～1725℃，热容量大，导热性差，焊接接头容易过热，晶粒粗大，尤其是β钛合金，焊接接头塑性下降最明显，若为结构刚性大的工件，在焊接应力的作用下还会导致产生裂纹。
       ⑤ 钛在氢和残余应力作用下，可能出现冷裂纹，必须严格控制焊接接头中的氢含量。钛一旦沾染铁离子，即变脆，这是促使钛材产生裂纹的重要原因之一。钛材焊接变形较大，校正困难。

4. 提高焊接质量的工艺措施
       ① 采用手工钨极氩弧焊（TIG焊）或等离子焊，不宜用气焊、CO2气体保护焊和一般电弧焊。实践证明，钨极氩弧焊是焊接钛的最好方法之一。氩弧焊时采用直流正接极，工件背面用氩气保护，收效更好。
       ② 焊前必须彻底清除工件表面的氧化皮、油污及富集气体的金属层中，一般用机械法清理（最简单）。先用丙酮去油污，用细砂布清除氧化皮，再用丙酮擦洗一次，禁止用打磨过碳钢的砂轮打磨钛材。实践证明，一旦污染了钛，会影响焊接质量，打磨时不允许出现过热色泽。
       ③ 酸洗溶液配方及工艺。 A. 每升酸洗溶液中，硝酸55～60mL、氢氟酸5mL、盐酸350mL、余量为水；室温酸洗浸泡15～20min。 B. 质量分数为20％的氢氟酸、质量分数为30％的硫酸溶液，溶液温度25～30℃，酸洗5～10min。酸洗后用热水、冷水冲洗干净，白布擦试、晾干，在4h内焊完。环境十分重要，切实做到防铁污染、防尘、防湿，可取得良好效果。
       ④ 严格控制母材化学成分中的含碳量以及氢、氧、氮含量，C<0.1％，Ar≥99.99％，N<0.005％，O<0.002％，H<0.002％，杂质总含量<0.002％，相对湿度<5％，水分<0.001mg/L。
       ⑤ 焊接中，密切注意观察焊缝表面颜色，判别保护效果，这直接关系到焊缝质量 。