钛合金如何焊接比较好，钛及钛合金的焊接方法概述

钛合金在高温下对氧特别敏感，不能接触含氧气氛，因而钢结构焊接中常用的焊条电弧焊和二氧化碳气体保护焊不能用于钛及钛合金的焊接。埋弧焊由于焊接热输入较大，在钛合金焊接上也鲜有应用。钛及钛合金常见焊接方法主要有钨极惰性气体保护焊（GTAW，当采用氩气作为保护气时也称为TIG），熔化极气体保护电弧焊（GMAW，当保护气为惰性气体时也称MIG，当保护气中掺有活性气体时也称MAG，对于钛及钛合金而言，保护气不能掺杂活性气体，所以对于钛及钛合金熔化极气体保护焊，就是指MIG），等离子弧焊（PAW），摩擦焊，真空扩散焊，爆炸焊，真空电子束焊（EBW），激光焊。

钨极惰性气体保护电弧焊

钨极惰性气体保护焊由于操作简单，可达性好，焊接质量好，无飞溅，可全位置焊接，投入低，在钛合金焊接中使用最为广泛，缺点是焊接效率低。等离子弧焊与氩弧焊本质上相同，属于非熔化极气体保护焊，与钨极惰性气体保护焊的自由电弧不同，等离子弧焊的电弧是经过了机械压缩、热压缩和电磁压缩而获得的等离子弧，挺度大，穿透力强，可以不开坡口一次焊透10mm以上对接焊缝，主要用于中厚板的I型坡口自动焊，大厚板也可通过开Y型坡口进行钝边的打底焊，与钨极惰性气体保护焊相比，焊接效率大大提高，不过通常用于规则长焊缝，如板材对接缝或筒体纵环缝等平焊或立焊位置的自动焊。

等离子弧焊原理图

激光焊和真空电子束焊都属于高能束焊接，焊缝深宽比大，尤其是电子束焊接，深宽比可达20:1以上。电子束焊接可以实现小能量精密焊，但主要用于大厚件的焊接，由于是真空环境，从根本上避免了钛合金焊缝氧化及出现气孔的可能。激光焊更多的是用于薄壁材料的焊接。两种焊接方法都可以获得高质量焊缝，焊接效率高，焊接变形非常小，缺点是设备投入大。

“奋斗者”号载人潜水器钛合金载人舱赤道缝采用真空电子束焊接工艺完成

摩擦焊和真空扩散焊都属于固相焊，其中摩擦焊又包括旋转摩擦焊、线型摩擦焊、搅拌摩擦焊等，在特定结构件上也有较广泛应用，尤其是在航空航天领域精密件上用得较多。爆炸焊在钛合金领域主要是用来制作复合板，如钛钢复合板，钛铝复合板等，在舰船领域和化工领域应用较为常见，可以实现不好直接相焊的两种构件连接中间结构。

熔化极气体保护焊在钢结构焊接中应用特别广泛，该焊接方法是采用自动送进的焊丝作为熔化电极，属于半自动焊范畴，操作也较为简单，搭配机器人时即可实现自动焊，可达性也较好，除仰焊位置外几乎都可以焊接，当采用短路过渡短弧焊时甚至也可以实现仰焊位置焊接。与钨极惰性气体保护焊相比，其焊接效率要高得多，甚至可以达到10倍以上，单位焊缝热输入低，焊接变形小，因而在焊接量较大的场合，通常是首选。但是在钛及钛合金领域，熔化其气体保护焊用的还不是十分普遍。

熔化极气体保护电弧焊系统原理图

首先是该种焊接工艺本身对焊接电源及控制系统要求就比较高。为了实现较好的焊缝成型，降低气孔、飞溅等，需要精确的控制熔滴过渡，为了达到较好的焊接效果，需要针对不同种类材料专门开发相应焊接程序。由于钛合金焊接市场与碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金等相比小得多，而且工艺开发难度较大，投入产出比低，愿意投入精力去做钛工艺开发的设备厂家本就不多，市场上现有焊接设备很少有专门针对钛及钛合金的焊接程序。而开发的焊接碳钢、不锈钢、铝合金、铜合金等焊接程序直接用于钛及钛合金的焊接效果不好，无法直接调用。

钛合金TIG焊

钛合金MIG焊缝

其次是钛合金材料物理特性决定的。钛及钛合金的焊接本身就是个精细活，对人机料法环等要求本身就高，为了保证焊接质量，有系统性的焊接工艺要求。抛开专用焊接程序不说，本身采用MIG焊焊钛难度就比较大。另外，钛高温下熔池表面张力大，润湿性较差，不容易铺展开，焊缝成型相对较差，熔深也较浅，对焊工的操作要求也较高，培养一个钛合金MIG焊工成本高，愿意去维系钛合金MIG焊焊工体系的厂家也少。奥地利福尼斯公司在钛合金MIG焊领域做的相对较好。

福尼斯熔化极气体保护电弧焊代表焊接设备及面板

总体来看，钛合金MIG焊在市场上还不是十分普遍，但是由于该种焊接工艺本身优势特别多，对于潜在应用量比较大的制造厂，还是有必要投入人力物力去开发焊接工艺和积累技术储备。国内洛阳船舶材料研究所在钛合金MIG焊领域深耕多年，技术积累和工程经验较为丰富，处于国内领先水平。