近年來，隨著鈦材應(yīng)用領(lǐng)域的日益寬廣，鈦材市場(chǎng)也得到擴(kuò)展。2011年7月3日首架波音787飛機(jī)成功試飛日本，該飛機(jī)的鈦材重量占其總重的15%。新型鈦產(chǎn)品被大量應(yīng)用于B787，其主要原因是它能與碳纖維強(qiáng)化塑料（CFRP）很好地共存。新興醫(yī)療用鈦市場(chǎng)也正在擴(kuò)張。許多公司和廠家都意欲加入鈦加工行業(yè)。在鈦材焊接中，TIG焊（惰性氣體鎢極保護(hù)焊）應(yīng)用最為廣泛。鑒于許多新廠家都認(rèn)為鈦的焊接非常具有難度，本文將對(duì)鈦材的焊接工藝進(jìn)行介紹。

　　鈦是一種重量輕且比強(qiáng)度高、耐蝕性好、人體親和力強(qiáng)的魅力金屬。此外，鈦材還有很多新的特性，鈦的新產(chǎn)品層出不窮，有關(guān)鈦的研究也在逐步深入。

　　2011年7月3日已延期多次的波音787飛機(jī)成功首飛日本。B787大量地使用了CFRP，而且與以往相比，使用了更多在電化腐蝕性、膨脹系數(shù)等方面與CFRP相容性較好的鈦材。其中鈦材的用量約為機(jī)體重量的15%，每架飛機(jī)用鈦量約為130噸。預(yù)計(jì)2011年度日本海綿鈦發(fā)貨量將從2010年度的32,000噸提高至55,000噸。

　　如此一來，鈦材加工難的呼聲愈來愈大。尤其是那些雖曾從事過鋼鐵、不銹鋼等焊接業(yè)務(wù)而后又加入到鈦材加工行業(yè)的新加盟者，他們?cè)谶@方面吃了不少苦頭，其中普遍反映最難的是TIG焊。

　　鈦材如果能夠正確焊接的話，就能夠得到品質(zhì)穩(wěn)定、可信度高的產(chǎn)品。

　　本文將為新加入鈦行業(yè)的廠商介紹鈦材的熔化焊接技術(shù)。

　　日本和美國都很重視技術(shù)。日本有WES7102—1983“惰性氣體保護(hù)焊作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”，目前正在討論這一標(biāo)準(zhǔn)的修訂事宜。我也有幸成為其中一員。美國同日本一樣也認(rèn)為鈦材的焊接是一項(xiàng)具有難度的工作。美國有AWSG2.4鈦及鈦合金熔化焊接指南，其修訂工作也正在進(jìn)行當(dāng)中。我也得到AWS委托的日本鈦協(xié)會(huì)的提名，是標(biāo)準(zhǔn)修訂的委員之一。

　　本文將邊介紹重點(diǎn)，邊就最近的焊接技術(shù)分兩回進(jìn)行闡述。

　　1.鈦的焊接性

　　鈦材分為兩種，一種是以工業(yè)純鈦為中心的高耐蝕性鈦材；另外一種是以鈦合金為中心的高抗拉強(qiáng)度、高比強(qiáng)度的鈦材。

　　工業(yè)用純鈦及鈦合金都可以進(jìn)行熔化焊接，焊接技術(shù)基本相同。JIS中鈦是指工業(yè)純鈦，本文為方便起見，將鈦及鈦合金統(tǒng)稱為鈦。而且鈦合金焊接后還存在熱處理問題，本文主要討論有關(guān)焊接的問題，熱處理問題有機(jī)會(huì)再討論。

　　鈦材的熔化焊接中TIG焊是最常見的，也有熔化極惰性氣體保護(hù)焊、等離子焊接、激光焊接等。這些與鋼鐵、不銹鋼等使用的裝備是一樣的。鈦的電子束焊接雖基本上同其他金屬一樣使用同樣的設(shè)備，但由于是真空焊接，就不用擔(dān)心鈦材焊接中的氧化問題。焊接技術(shù)方面也有很多問題，本文暫不討論。

　　人們普遍認(rèn)為鈦材的焊接很難。然而，如果使用正確方法進(jìn)行焊接的話，焊接質(zhì)量就會(huì)比較好，焊接部位的質(zhì)量基本上與母材一致。

　　鈦在空氣中熔化焊接的最大問題就在于氧化以及由各種污染帶來的化合物和金屬間化合物等。

　　所謂的污染物是指氧氣、氮?dú)庖约捌渌鞣N油類、塵埃等，這些都會(huì)降低鈦材焊接質(zhì)量。

　　污染物不光包括氧氣、氮?dú)猓€包括有機(jī)物、無機(jī)物以及除鈦以外的金屬。如機(jī)械加工的油漬、潤滑油以及附近車間的鐵粉、涂料粉末、周圍的水分、潮氣、沙子、塵埃等。此外還有從電極當(dāng)中混入的鎢。

　　污染物中空氣中的氧氣、氮?dú)?、水分的危害是最大的。因此，焊接時(shí)就要通過惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。

　　通常鈦材表面都有40埃厚的氧化膜，[寶雞鈦產(chǎn)業(yè)研究院]www.t0917.com切割過后幾秒鐘就能恢復(fù)80%的厚度，幾分鐘后就可以恢復(fù)到原先的厚度。

　　正是由于這層氧化膜的原因，鈦材才具有如此好的耐蝕性。這個(gè)范圍內(nèi)的氧氣含量并不算是污染物。然而，鈦在大氣中遇到高溫時(shí)，就會(huì)與大量的氧氣和氮?dú)獾劝l(fā)生反應(yīng)。這樣就會(huì)生成污染物。

　　大氣溫度為427℃時(shí)，鈦材表面的氧化膜厚度是常溫下的2～3倍。650℃以上時(shí)，氧化膜就會(huì)增加。在熔融狀態(tài)下，氧氣、氮?dú)獾染蜁?huì)進(jìn)入焊接熔池，進(jìn)而從焊接金屬擴(kuò)散到母材當(dāng)中。

　　為防止空氣中的氧氣、氮?dú)獾入s物混入，焊接過程中有必要通過惰性氣體保護(hù)焊接面及內(nèi)側(cè)。

　　其他金屬的TIG焊接一般不需要?dú)怏w保護(hù)，內(nèi)側(cè)也大多無需氣體保護(hù)。另外，為防止產(chǎn)生油脂類雜物，鈦材以及操作臺(tái)面不能用油擦拭。

　　鈦的熔化焊接中，大部分技術(shù)問題都在于如何避免上述污染物的產(chǎn)生。防治污染物的對(duì)策比較麻煩，而且花費(fèi)較大。不過，鈦材焊接成功與否就在于污染物的預(yù)防對(duì)策。