!"·工艺与新技术·焊接技术#$$!年#月第%$卷第!期文章编号：!$$#2$#/:3#$$!6$!2$$!"2$#消除钛合金激光焊接的隐患王家淳3北京有色金属研究总院，北京!$$$556摘要：简述钛合金应用现状及其焊接方法，指出激光焊接应用于钛合金加工的优势所在，提出钛合金激光焊接气体保护方案与具体措施，钛合金焊件清理的步骤及检验钛合金激光焊接接头污染程度的方法。关键词：钛合金；激光焊接；气体保护；焊前清理中图分类号：)(1/"87文献标识码：9钛及多种类型钛合金由于具有许多独特的性能优手段，激光焊接由于具有能量集中、焊缝成形好、操势，包括高比强度和比刚度、良好的高温性能和耐腐作简单、易于监测等优势-!.，非常适合焊接各种厚度蚀性能、优异的综合力学性能和加工性能，目前已得的钛合金材料，必将成为钛合金焊接的主导方向。到世界各国的普遍重视，并获得了广泛应用。钛合金材料的应用从最初的军事工业发展到今天的多种领"钛合金激光焊接的保护气体与保护装置域，一方面证明了钛合金的巨大用途，另一方面也预钛及钛合金具有较强的气体吸收能力，如图!所示着钛合金材料开发研制的光辉前景。我国的钛资源示，纯钛在#/$0左右开始吸氢，1$$0开始吸氧，丰富，钛合金的应用在我国必将不断扩展。"$$0开始吸氮-#.。钛及钛合金少量吸收这些气体后，气体原子将以间隙或置换的形式固溶在晶格中，!钛合金的焊接改变材料的原始晶格排列，降低钛及钛合金的性能；通常情况下，钛及其合金具有良好的焊接性能，随着时间的增加，气体以过饱和的形式存在，并易于但必须排除活性气体（包括空气中的、及水分形成晶间化合物，严重恶化材料的综合性能。由于钛&#’#等）的污染，并保持工件的清洁。焊接接头的性能在合金激光焊接时接头区域的温度远远高于"$$0，很大程度上受到焊接工艺的影响，特别是惰性气体的所以在没有保护措施的情况下，空气中的有害污染物保护效果。（氢、氧、氮、碳等）就极易侵入焊接区，从而造成钛合金的焊接方法主要有钨极氩弧焊、熔化极气接头脆化，产生气孔，并大幅度降低材料韧性。体保护焊、摩擦焊、激光焊、电阻焊、等离子弧焊、电子束焊及扩散焊等。合金的成分和微观结构是决定其焊接性的重要方面，特别是在!相存在的时候，往往会造成焊接性能的恶化。纯钛和"钛合金通常具有良好的焊接性，并且接头具有比较理想的强度和塑韧性，但一般需进行焊后去应力退火。某些"!!钛合金在退火或固溶处理状态下是可焊的，而且还要在焊后进行时效处理。稳定的"!!钛合金焊接时容易脆化，这主要是由于在焊缝和热影响区发生了相转变。一些!钛合金在退火和固溶状态下也是可焊的。钨极氩弧焊（()*+）和熔化极气体保护焊（(,*+）是焊接钛合金最常用的焊接工艺，但是在指标要求严格的场合（如军工产品和武器装备），飞溅和接头成形就成为限制其应用的重要因素。激光加工的迅速发展为钛合金的焊接提供了新的图!纯钛的气体吸收曲线收稿日期：#$$$2$12!#基金项目：自然科学基金资助项目3/455!$$#6作者简介：王家淳3!47#—6，工程师，北京有色金属研究总院博士研究生，从事钛合金激光焊接的科研工作8#$%&’()*$+,(-%-)./-%0123-0!4$50622!·工艺与新技术·!"为此，钛合金激光焊接时必须采取惰性气体保护液，甚至包括人手触摸的痕迹以保证试件的清洁，防措施或将焊件置于真空室中。但由于真空保护成本过止杂质对焊接接头的污染。高，工件尺寸也受到很大限制，而且保护效果并不比对试件的清洗可采用碱洗或酸洗，当钛合金试板惰性气体保护好，因此，钛合金的激光焊接通常采用放置时间过久，或轧制后未经酸洗时，应先对试件进惰性气体保护。行碱洗，然后再酸洗。碱洗液的配方通常为：稀释的氦气和氩气是可供选择的两种惰性保护气体，虽3>?@A丙酮或酒精；酸洗液配方通常为：B6C<718水余量7E8。然氦气的保护效果要比氩气好，但较为昂贵，很少=CD@4AB12C<=2CD@3?1ABD采用，除非应用在要求极其严格的场合，因此，在通此外，还应用清洁的不锈钢钢丝刷清理焊口及其常情况下，钛合金激光焊接时多采用高纯氩气保护。附近区域，清理完后，应用酒精溶液清洗钢丝刷，并钛合金板材对接焊时，应从三个方面对焊接区域放置在封闭容器中。进行气体保护，即激光加热处、焊缝后部高温区及焊完成清理工作后，应将钛合金试板放在封闭、干缝背面。为此设计了专用焊接夹具和气体保护拖罩。燥、清洁之处，试验人员应佩戴棉布手套来取放试焊接夹具的形式如图6所示。铜垫板和冷却板起散热件，禁止直接用手触及试件。的作用。焊接时，在铜垫板的方形槽中通入氩气，保护钛合金板的焊