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钛合金氩弧焊接特性措施及缺陷处置

文档作者：方文鹏胡进丁丽丽文档来源：空军第一航空学院		点击数：	更新时间： 2022年03月19日
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Welding Applications应用广角
现代焊接年第期总第5期3
［摘要］
［关键词］
本文根据钛合金在常温和高温时对H 、O 、N 等化学元素的不同反应，分析其焊接特性，在此基础上
提出钛合金焊接中必须采取的措施，重点讨论钛合金焊接过程常见缺陷、原因和处置的方法。
钛合金；焊接特性；缺陷处置
2 2 2
作者简介：方文鹏（1951- ），男， 副教授，毕业于空军工
程大学机电一体化专业， 从事热加工（焊接）专业教学与
科研工作。
钛合金氩弧焊接特性、
措施及缺陷处置
空军第一航空学院方文鹏胡进丁丽丽
钛合金具有比重小，比强度高，
熔点高，导热性差，耐酸、碱、盐等
优良性能，是航空航天重要的结构材
料，普遍应用于现代飞行器发动机的
进气机匣、叶片、低压静子环、低压
机匣、加力燃烧室壳体、蒙皮、隔热
板等部件的制作，在石油、化工和船
舶工业中的应用也越来越广泛。
不同类型及牌号的钛合金其同位
异构体有所不同，但其焊接特性都有
如下共同点：
常温时钛合金的物理化学性能稳
定，其生成的氧化膜具有很好的致密
性和抗腐蚀性，但随着温度的升高，
其致密性和抗腐蚀性逐渐变差。焊接
时，当焊缝温度＞540℃时，其致密
性和抗腐蚀性显著变差，材料很容易
被空气、水分和油污等污染，金属将
1 钛合金的焊接特性[1] [2]
1.1 接头脆化
吸收O、N、H、C等元素，使接头脆
化，使其塑性和韧性降低，在焊缝金
属熔化状态下，这种情况更加严重。
严格控制上述元素对焊接区域材料的
污染能减小钛合金焊接接头脆化。
钛合金的高熔点、大热容量以及
差的导热性，很容易使焊缝及近缝区
在长时间高温下产生粗大晶粒，其后
果也使其塑性和韧性降低。控制焊接
热输入并减少加热时间可有效降低晶
2
1.2 晶粒粗大
2 2 粒粗化程度。
气孔是钛合金焊接常见的缺陷，
O、N、H、CO、H O等元素都可能引
起焊缝气孔，但一般认为氢是引起气
孔的最主要原因。氢在钛中的溶解度
随温度升高而降低，在凝固温度处有
跃变，故钛合金焊接时中部的氢易向
熔池边缘扩散集结，在熔合线附近形
成气孔。
1.3 气孔倾向明显
1.4 易形成冷裂纹
2 2 2 2
类别
局部保护
增强冷却
保护位置
熔池及其周围
温度≥400℃的
焊缝背面及热
影响区
焊缝及热影响区
保护措施
采用椭圆形喷嘴，增加氩气流量
1）附加保护罩或双层喷嘴
2）焊缝两侧附加吹氩
3）设置焊缝挡板，限制氩气流动
1）充氩垫板或焊件内腔充氩
2）局部附加吹氩
3）贴靠金属板
1）柔性箱体（尼龙薄膜、橡胶等），不抽真
空多次充氩，仍须喷嘴保护
2）刚性箱体或柔性箱体附加刚性罩，抽除空
气再充氩
1）加快冷却速度（通水等）
2）用适应焊件形状的工装导热
3）减小热输入
特点
配合其他保护措
施以增强保护效
果
充氩箱保护
温度≥400℃及
热影响区
整个工件
适用于焊接形状
规则、结构简单
的焊件，操作灵
活、方便
适用于结构形状
复杂的焊件，可
达性差
表1 氩弧焊接钛合金保护措施[1 ]
Welding properties, measures and defect disposal of Ti alloy argon arc welding
2010 1 8 J- 9
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现代焊接 年第 期 总第 5期
应用广角We lding Applications
钛合金焊接时极易受O 、、
等杂质污染，其结果将使接头产生较
大的焊接应力，在该应力的作用下，
焊缝从高温冷却（尤其是过快冷却）
时将产生冷裂纹。上述杂质中，氢是
产生焊接内应力的主要原因，所以，
应尽可能控制焊缝金属氢的含量，以
减少冷裂纹的产生。
从钛合金的焊接特性可以看出，
钛合金焊接时影响材料性能的最主要
2 氩弧焊接钛合金的保护措施
2 2 2 H N
处置方法
1）调节焊接电流、减小填充材料的直径或截面积；
2）降低填充材料投送速度。
1）减小焊接电流，降低填充材料投送速度；
2）增加焊接速度。
1）减小焊接电流；2）减小工件间隙；
3）增加焊接速度和填充材料投送速度。
1）减小反面保护气体流量；2）增大焊接电流；
3）加快填充材料投送速度；4）降低焊接速度。
1）确定合理坡口尺寸、减小工件装配间隙；2）减小焊接
电流；3）加快焊接速度；4）使填充材料与母材性能一致。
1）减小电弧长度；2）使焊枪有规则运动；
3）更换或打磨电极矫直焊丝）；4）排除造成电流、
电压不稳定因素；5）使填充材料与母材性能一致；
6）彻底清理工件或填充材料表面。
1）清洁压板、垫板；更换已损坏的压板、垫板；
2）重新装配零件。
1）降低焊接电流和电弧电压；2）增加焊接速度；
3）减小工件间隙。
1）降低电弧电压，解决电弧漂移；2）增大焊接电流；
3）降低焊接速度；4）更换或打磨电极矫直焊丝；
5）使填充材料与母材性能一致。
1）检查氩气纯度应为99.99%；2）调节氩气流量增加或
减小；3）彻底清理工件或填充材料表面油污或氧化物；
4）压缩电弧长度；5）更换喷嘴。
1）使用装有电流衰减装置设备或使用衰减功能；
2）减小衰减速度；3）使用工艺板片。
1）清洁零件、填充材料和夹具、垫板；
2）调节好焊接参数当Vs＞3Vh时，易出现气孔；
3）氩气流量适当，保护效果要好。
1）使填充材料与母材性能一致；2）选取最佳工艺参数；
使用电流衰减装置和工艺板片；3）焊前材料的热处理状
态和焊前预热要正确；4）焊后的后热和热处理要正确。
1）彻底清理焊件和填充材料表面；2）减小钨极伸出长
度；焊接过程中避免钨极碰触工件；3）更换大直径钨极。
序号
6
9
10
12
13
缺陷现象
焊缝不规则
焊缝之间或填充
材料与母材之间
融合不好
气孔
裂纹
原因
1）焊接电流与填充材料截面不匹配；
2）填充材料投送速度太快。
1）焊接电流太大，投送填充材料速度太快；
2）焊接速度太慢。
1）焊接电流太大；2）工件间隙太大；
3）焊接速度和填充材料投送速度太慢。
1）反面保护气体流量太大；2）焊接电流太小；
3）填充材料投送速度太慢；4）焊接速度太快。
1）工件坡口和间隙太大；2）焊接电流过大；
3）焊接速度太慢；4）填充材料与母材性能差异太大。
1）电弧太长且有飘摆；2）焊枪运动不规则；
3）钨极端头焊丝弯曲、规则；4）焊接电流和电弧
电压不稳定；5）填充材料与母材性能差异太大；
6）工件或填充材料表面清理不彻底。
1）夹具垫板、压板损坏，压紧不好；
2）零件装配不好。
1）焊接电流和电弧电压太大；2）焊接速度太慢；
3）工件间隙过大。
1）电弧电压太大，电弧有漂移；2）焊接电流太小；
3）焊接速度太快；4）钨极端头焊丝弯曲、不规则；
5）填充材料与母材性能差异太大。
1）氩气纯度不够；2）氩气流量不合适；
3）工件或填充材料表面清理不彻底；4）电弧太长；
5）喷嘴损坏。
1）设备无电流衰减装置或未使用衰减装置；
2）衰减速率太大。
1）焊件、填充材料、夹具压板、垫板清理不干净；
2）焊接工艺参数选择不当电流过小、焊速过快、弧
长太长；3）氩气保护效果不好过大、过小、紊流。
1）填充材料选择不当；2）焊接工艺参数选择不当；
3）焊前预热及热处理不当；4）焊后的后热及热处
理不当；
1）焊件、填充材料不干净；2）TIG焊时钨极污染了
熔池金属；3）TIG焊时钨极直径太细。
表2 钛合金氩弧焊常见缺陷、原因及处置方法
1
2
3
4
5
7
8
11
14
焊缝正面余高过量
焊缝反面余高过量
正面焊缝凹陷
反面焊缝凹陷
烧穿
接头边缘错位
正面焊缝过宽
焊缝表面呈黄、
蓝、灰色
弧坑
夹杂
问题是焊缝脆化、晶粒粗大、裂纹和
气孔，为了提高焊接质量，可以对焊
缝区域采取如表1所示保护措施。
钛合金氩弧焊无论是TIG焊还是
MIG焊，产生焊接缺陷的现象、原因
和处置方法有所差异，但也有许多共
同点。表2列出其常见缺陷的现象、原
因并提出了处置的方法。
3 钛合金氩弧焊常见缺陷及处
置方法
4 结束语
参考文献
详细了解钛合金氩弧焊接的特性
及必须采取的保护措施，明确钛合金
氩弧焊接时常见故障的现象、原因以
及对故障的正确处置方法，可以充分
发挥设备效能、保证焊接质量、提高
经济效益。
[1]陈祝年编著.焊接工程师手册.北京：机械工业出
版社. 2002.
[2]航空制造工程手册总编委会主编. 航空制造工程
手册焊接, 北京：航空工业出版社6
J- 40 2010 1 8
. .199 .

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