钛焊接的焊缝颜色与焊接质量的关系

  钛是一种化学性质非常活泼的金属，在高温下对氧、氢和氮等气体具有极大的亲和力，特别是在钛焊接过程中，这种能力伴随着焊接温度的升高更为强烈。实践证明，焊接时如果对钛与氧、氢和氮等气体的吸收和溶解不加以控制，无疑会给钛焊接接头的施焊过程带来了极大的困难。

   一、前言

   近年来，随着经济的发展，特别是随着改革开放的不断深入，我国的经济建设取得了巨大的进步。与此同时，我国在管道等工程的焊接方面也取得了巨大的进步。钛焊接是我们比较常见的一种焊接，在钛焊接的过程中，如何做好其焊接的质量控制，对于钛焊接的焊缝颜色具有十分重要的影响。由于钛焊缝颜色的直观性，对于钛焊接焊缝颜色和焊接质量的关系的研究具有重要的意义。笔者结合自己多年来在钛焊接的质量控制及工艺方面的研究以及实际的工作经验，对于钛焊接的焊接质量与钛焊缝颜色之间的关系进行探讨，希望对于该领域的研究具有一定的作用。

   二、钛的特性对钛焊接的影响

   1．氧和氮的影响

   氧和氮间隙固熔于钛中，使钛晶格畸变，变形抗力增加，强度和硬度增加，塑性和韧性却降低，焊缝中含焊氧、氮是不利的，应设法避免。

   2．氢的影响

   氢的增加会使钛的焊缝金属冲击韧性急剧下降，而塑性下降少许，氢化物会引起接头的脆性。

   3．碳的影响

   常温下，碳以间隙形式固溶于钛中，使强度增加，塑性下降，但不如氧、氮明显，碳量超过溶解度时生成硬而脆的TiC，呈网状分布，易产生裂纹，国标规定钛其钛合金中碳含量不得超过0.1%，焊接时，工件及焊丝的油污能增加碳含量，因此焊接时需清理干净。

   三、钛的焊接性分析

   钛具有良好的可焊性，由于其具有较小的热导性（0.041Cal/℃·cm·s）,故钛金属只在电弧燃烧范围内熔化，并具有良好的流动性；而且，其具有小的热膨胀系数（8.6×10-6/℃，远小于碳钢），这样大大提高了钛金属的可焊性。

   四、钛焊接的焊缝颜色痛焊接质量的关系

   1.钛及钛合金钛管焊缝颜色变化及其缺陷产生机理

   钛及钛合金钛管焊缝缺陷及产生机理如下，进行钛管焊接时，因氩弧焊枪形成的氩气气体维护层只能维护好焊接熔池不受空气的有害作用，而对已凝固而处于高温状态附近的焊缝及其附近区域则无保护作用，而处于这种状态的钛管焊缝及其附近的区域仍有很强的吸收空气中的氮及氧的能力。从400℃开始吸收氧，从600℃开始吸收氮，而空气种含有大量氮和氧。

   随氧化水平逐步加重，钛管焊缝颜色发生变化及焊缝塑性下降的规律。银白色（无氧化）金黄色（TiO,大约在250℃左右钛开始吸收氢。轻微氧化）蓝色（Ti2O3氧化稍为严重）灰色（TiO2氧化严重）。

   2.通过钛焊缝表面的颜色可以对钛焊接的质量进行判别

   对于钛焊缝不同的颜色和硬度的测试：

  （一）通过实验证明，随着焊缝颜色的加深，即焊缝氧化程度的增加，焊缝的硬度随之增加，通过同行实验的测试，钛金属的硬度增加，焊缝中诸如氧、氮等有害物质增加，并大大降低焊接的质量。

  （二）钛的焊接性和它的化学和物理的属性具有十分重要的关系，但是关键在于，在高温的情况下，钛的高活性容易受到空气污染，在加热的时候，其晶粒出现胀大，当焊接的接头冷却时，就会使其形成脆性相。钛的熔点很高，可以达到1668±10℃，比焊接钢时需要的能量还多，同时，钛的化学性比较的活泼，与O和H作用比钢容易得多，在600℃以上就急剧化合。100℃就大量吸收H和O，溶H能力比钢大几万倍，进而生成氢化钛，使韧性急剧下降。气体杂质增大了冷裂纹和延迟裂纹的倾向，增大缺口敏感性。因此焊接用氩气纯度应不低于99.99%，湿度应不高于0.039%，焊丝的含氢量应在0.002%以下。钛的传热系数是钢的1/2，在882℃发生α至β的转变，温度再高，β晶粒则急剧跳跃式长大，性能明显恶化，所以要严格控制温度，特别要控制焊接热循环中的高温停留时间。焊接钛时没有热裂纹及晶间裂纹问题，但存在气孔问题，尤其是焊α+β合金。

   五、钛焊接注意事项

   基于以上研究，钛金属在焊接时要注意以下问题：

   1.钛焊接过程中要对于焊接区域及焊后高温区域进行严格的保护，以避免空气的进入焊接及高温区域对焊缝质量造成严重影响，故如99.99%的纯氩及后拖保护罩是必须的。

   2.焊缝坡口要求采用机械加工（不得才有打磨的方法加工）；

   3.点焊应当避免，并采用高频起弧。

   4.避免焊后热处理；如果必须进行焊后热处理时，热处理温度应小于650℃。

   六、结束语

   钛焊接的质量控制对于钛焊接的焊缝颜色具有十分重要的影响，同时，也可以根据钛焊接的焊缝颜色对钛焊接的质量进行判断，这二者之间具有十分重要的关系。