如何焊接钛：工艺和技术

钛因其重量轻、强度好和耐腐蚀而被认为是一种稀有金属。然而，在过去，人们认为正确的钛焊接只能在密封的腔室中进行。

它是一种反应性金属，会被大气气体污染。但焊接钛实际上并不像许多焊工想象的那么困难。您只需要在焊接过程中保持适当的气体保护，其余的与焊接其他类型的金属非常相似。

焊接钛

钛及其合金最常使用钨极气体保护焊（GTA 或 TIG）和气体保护金属电弧（GMA 或 MIG）焊接工艺进行焊接。电阻、等离子弧、电子束和摩擦焊也有限地用于钛。所有这些过程都为特定情况提供了优势。

钛和大多数钛合金很容易焊接，使用几种焊接工艺。在焊接状态下正确制作的焊缝具有延展性，并且在大多数环境中，与母材金属一样耐腐蚀。另一方面，与母材相比，不当的焊缝可能会脆化并且耐腐蚀性较差。

用于焊接钛的技术和设备类似于不锈钢或镍基合金等其他高性能材料所需的技术和设备。然而，与这些材料相比，钛更需要注意清洁度和辅助惰性气体保护的使用。

必须完全保护熔融钛焊接金属免受空气污染。此外，在温度降至 800°F (427°C) 以下之前，必须屏蔽热的热影响区和钛焊缝的根部。

钛很容易与空气、水分、油脂、污垢、耐火材料和大多数其他金属发生反应，形成脆性化合物。钛与气体和焊剂的反应使气焊、保护金属电弧、药芯焊丝和埋弧焊等常见焊接工艺不适用。

同样，将钛焊接到大多数异种金属上也是不可行的，因为钛与大多数其他金属形成脆性化合物；但是，钛可以与锆、钽和铌焊接。

尽管需要采取预防措施，但许多制造商仍在常规且经济地焊接钛，以与许多其他高性能材料相当的速度进行良好的延展性焊缝。

焊接商业纯钛等级的重要好处之一是它们的纯钛含量超过 99%，并且无需担心偏析。商业纯等级的焊丝或焊条也是如此。

焊接环境

今天大多数钛焊接是在开放式制造车间完成的，尽管腔式焊接仍然在有限的基础上进行。现场焊接很常见。无论在哪里进行焊接，都需要一个清洁的环境来焊接钛。

一个单独的区域，专门用于钛的焊接，有助于进行高质量的焊接。该区域应保持清洁，并应与产生污垢的操作（如研磨、火炬切割和喷漆）隔离。此外，焊接区域应无空气气流，并应控制湿度。

焊接准备

决定钛焊缝质量的最重要因素之一是焊缝的适当准备。

• 清洁钛金属表面以去除任何杂质并去除任何油、油脂或污垢。最好使用专门为钛设计的化学品。请记住，钛越干净，您创建的焊缝就越牢固。
• 要去除污染物，您可以使用蒸汽清洁器或氢氧化钠稀释溶液。
• 使用小型热风机确保表面没有水分残留。但是，请确保不要将其用于任何易燃溶剂。
• 确保所有焊接部件也清洁干燥。
• 切勿在钛金属上使用任何氯基清洁液。
• 甚至您的手也可能成为污染源。但请记住，橡胶手套可能含有氯，因此请选择塑料或棉手套。
• 在触发电弧之前，请确保您用于清洁表面的溶剂已完全蒸发，因为它们通常具有较低的闪点。

选择保护气体

由于钛很容易与空气、油、污垢、水分和其他金属反应形成脆性化合物，因此当您希望确保最终获得牢固的焊缝时，使用正确的保护气体至关重要。通常，大多数焊工在该过程中使用 99.999% 的纯氩气。只有真正纯净的氩气和氦气才能提供最佳的大气层保护。

当您为焊接项目购买保护气体时，请确保您只从可信赖的供应商处获得这种气体。即使氩气的纯度略低于要求，也可能导致变色。你最终会得到一个淡黄色的焊缝，这不是你想要发生的事情。不纯的气体或不完全的覆盖也会导致蓝色和斑点。

对于钛，您需要确定不仅正面而且背面都受到保护，不受大气影响。任何受热影响的区域如果与氧气接触都会产生不良反应。

对于较小的零件，您可以使用由充满保护气体的手套箱制成的封闭隔间。您甚至可以将特制的聚乙烯吹扫气室与吹扫监视器结合使用。有了它们，您可以验证腔室是否有足够的氩气来提供最佳保护。

如果您希望在焊接时获得理想的覆盖水平，您需要遵循以下三个步骤：

• 主要屏蔽 – 它通常内置在焊枪中，并提供保护熔融焊接熔池所需的主要覆盖范围。您可以使用配备陶瓷杯和气体透镜的标准水冷手电筒。我们建议您选择杯罩较宽的手电筒，以获得最佳覆盖范围。
• 二级屏蔽 – 尾随防护罩提供二级保护。它们安装在大多数焊枪的末端，可确保所有受热影响的区域免受污染。
• 备份屏蔽 – 这些设备看起来类似于尾随防护罩，并且具有几乎相同的功能。它们要么是手持设备，要么是用胶带固定的。它们很少预先安装到焊枪中。

选择正确的填充线

在选择焊接钛及其合金的填充金属时，我们建议您选择与母材具有相同特性的填充焊丝。您还可以选择强度等级比母材低一级的电线。在某些情况下，焊工甚至可能完全使用不同类别的填充焊丝。

您选择的填充焊丝将取决于接头的特性和组合。提高关节延展性：

• 焊接强度较高的非合金钛时，请使用基体屈服强度较低的填充金属。
• 在焊接 Ti-5A1-2.5Sn 和 Ti-6A1-4V 类别的钛时，您可以使用非合金填充材料。
• 另一种选择是填充金属，其氧、氮、氢、碳和其他合金含量的百分比低于母材。

可用的焊接工艺

焊接钛及钛合金时，可采用以下任意一种焊接工艺：

• 电子束焊接 (EBW)
• 钨极气体保护焊 (GTAW) 或 (TIG) 钨极惰性气体保护焊
• 电阻焊 (RW)
• 激光束焊接 (LBW)
• 等离子弧焊 (PAW)
• 气体保护金属电弧焊 (GMAW) 或 (MIG) 金属惰性气体焊
• 摩擦焊接 (FRW)

1。 电子束焊接

这是一种利用高速电子束将两种金属连接在一起的融合过程。当光束与金属片接触时，会产生强烈的热量。两块板熔化并熔合以形成坚固的接头。航空航天和飞机制造行业采用电子束焊接，因为所生产的接头具有耐久性。

您可以对 6 毫米至 76 毫米及以上的板材使用电子束焊接程序。由于该过程在高真空气氛中进行，因此该过程产生了具有低污染水平的高质量焊缝。

2。 钨惰性气体/GTAW

TIG 或 GTA 焊接工艺使用非消耗性钨电极将电流传输到焊接电弧。保护气体用于保护焊接熔池免受外部污染，这可能导致焊接质量低劣。在此过程中，您需要为焊接接头使用填充金属或焊丝。

它是一种广泛使用的焊接钛及其合金的工艺。您可以在不使用填充材料的情况下将 TIG 用于厚度不超过 2.5 毫米的母材上的方形对接槽接头。对于较厚的板材，您需要使用填充金属来保证焊接接头的耐用性。

3。 电阻焊 (RW)

电阻焊是一种热电过程。它通过使受控电流通过板在受控时间段内将两块金属连接在一起。通常也会在该过程中使用大量压力。在这种方法中，热量严格限制在需要连接的区域。

您可以使用电阻焊来连接钛及其合金以进行点焊或连续焊。在将钛与其他金属（如碳钢或不锈钢板）焊接时特别有用。

4。 激光束焊接 (LBW)

这是另一种通过激光将两块金属连接在一起的熔焊工艺。它加热两个板之间的交叉点，它们熔化并合并，形成接头。一旦熔化的焊接熔池冷却并凝固，就会形成牢固、耐用的焊缝。

焊工现在越来越喜欢激光束焊接钛，因为它不需要真空室。然而，保护气体的使用仍然是必须的，因为污染的风险仍然存在。

尽管激光束和电子束都是熔焊工艺，但前者的范围更受限制。您无法在厚度超过 13 毫米的钛板上有效地使用该工艺。

5。 等离子弧焊 (PAW)

等离子弧焊与 TIG 类似，因为它也在钨电极和工件之间使用电弧。它适用于几乎所有的钛分类，即使在较厚的金属板上也能很好地发挥作用。使用锁孔技术，您还可以在最大 13 毫米厚的一次性板上使用它。

6。 金属惰性气体 (MIG)/气体-金属电弧焊 (GMAW)

MIG 焊接使用实心填充金属焊丝，该焊丝通过焊枪持续加热和送料。该工艺保证使用保护气体来保护焊接熔池免受污染。许多焊工更喜欢 GMAW，因为它具有高金属沉积和生产率。

您还可以在厚度超过三个 3 毫米的板上使用钛焊缝的工艺。使用脉冲电流技术，您可以生产高质量的焊缝。该方法成本低于其他方法，尤其适用于厚度超过 13mm 的钛板。

7.摩擦焊接 (FRW)

顾名思义，该方法使用摩擦将两块金属连接在一起。这是一种固态焊接工艺，其中产生的接头与底座一样坚固。它广泛用于各个行业，可用于连接管道、管材或棒材。在无需使用额外保护措施即可实现关节清洁的情况下，它的表现尤其出色。更多信息请点击什么是摩擦焊？

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