一．影响钛材焊接质量的因素 ? 1. 气体杂质对焊缝金属性能的影响 ? 钛具有很高的化学活泼性，与空气中的氧、氮有极高的亲和力。在较低的温度下，钛与氧 相互作用生成一层致密的氧化膜，随着温度的提高，氧化膜的厚度随之增厚，超过 600 ℃钛 开始吸氧并使氧溶解到钛中。温度再高，钛的活性就会急剧增加并与氧发生激烈反应而生 成钛的氧化物。钛在 300 ℃以上开始吸氢，在 700 ℃以上开始吸氮。氧和氮对钛污染的结果 是使钛强度和硬度增高而塑性降低。氮比氧的影响程度更大，氢在钛中含量从 0.01% ～ 0.05% 会使焊缝金属的冲击韧性急剧下降，而塑性却下降较少。这是氢化物引起的脆性，即 所常说的 “ 氢脆 ” 。氢也是引发焊缝产生气孔的根源。 ? 熔化焊接过程中，熔池像一个小冶金炉，熔融金属暴露在大气中。如果不采取相应的防护 措施使熔融的金属钛与空气隔绝，则氧、氮、氢等气体元素就会熔入钛中，形成脆性氧化 物或氮化物，致使焊缝金属的塑性急剧降低，拉伸强度提高，严重的情况下将发生脆断， 塑性等于零。 ? 2. 其他杂质对焊缝金属性能的影响 ? 其他杂质是指除气体杂质外，可能熔入熔池的杂质。其来源可能是焊接操作环境不清洁、 戴脏手套触摸钛焊件遗留下油污、焊接前用棉纱擦洗接头、坡口可能留下的棉絮、焊接生 产环境与钢铁焊接生产混合可能产生的铁锈、水分和其他一些有机物等。这些污染物在电 弧高温作用下分解出氧、氢、氮、碳等元素，然后溶于熔融的钛中。当这些元素的量超过 在钛中的溶解度时，便形成相应的化合物（ TiO 2 ?TiH 2 ?TiN?TiC) 。这些化合物随着熔池结晶 而进入钛的晶格中，致使钛的晶格畸变、歪曲，从而改变了钛的力学性能。 ? 有些微量元素少量溶入钛中，如果其量不超过允许的范围是可以的，有时也是我们所希望 的。但超量的杂质元素含量是不允许的，特别是有机物杂质，有百害而无一利，这是因为 这些杂质元素除使钛焊接的力学性能变差，降低而腐蚀性外，还是焊缝中产生气孔的根源。 ? 3. 焊接金属和接头热影响区的组织变化 ? 钛是有同素异形体转变的金属。 在 882.5 ℃开始发生组织的固态转变。 882.5 ℃以下晶体结构 为密排六方结构，称为 α 钛；在高于 882.5 ℃时， α 结构的钛转变为体心立方结构的 β 钛。 这个转变过程是熔池由液态变为固态的 “ 瞬间 ” 完成的。而这个 “ 瞬间 ” 长短差异仍对熔池的 结晶形式有影响， “ 瞬间 ” 越长越有利于柱状晶生长。由于钛具有熔点高（ 1668 ℃），热容 量大和导热差等特性，所以焊接时焊缝受到焊接线能量大小和焊缝强制冷却的好坏影响， 焊缝处于高温下滞留的 “ 瞬间 ” 就有差异。 “ 瞬间 ” 稍长给熔池结晶的柱状晶长大和接头热影 响加宽提供了条件。这也是焊接接头塑性下降的重要原因之一。接头的拉伸强度断口往往 发生在焊缝热影响区。为了降低这一不良影响，钛焊接时尽量采用较软的焊接规范，即用 较小的焊接线能量和较快的冷却速度。 ? 4. 气孔是钛焊缝中常见和较难避免的缺陷 ? 气孔生成的机制是焊接过程中溶入液态金属中的气体经过扩散、脱溶、成核、长大等过程 而形成气泡。由于熔池的凝固结晶速度很快，长大的气泡来不及逸出液态金属时就以气孔 的形式残留在固态金属中。酿成气孔的氢气和 CO 等气体主要源自有机物的污染物，经电 弧热作用所产生的。有时焊接前对焊件和焊材做了充分的清洁、清洗，氩气保护的效果也 理想，但焊缝中仍然有气孔。