焊接工業(yè)純鈦TA2時，其表面顏色會隨著溫度的升高呈現(xiàn)出不同的變化，根據(jù)這些變化，可以確定在TA2焊接時的保護范圍，本文利用鎢氬弧焊來對TA2進行對接焊接實驗，通過金相分析與力學性能檢驗來對其工藝參數(shù)進行確定，經(jīng)過實驗，在400℃時TA2表面顏色呈現(xiàn)出金黃色，需要在此溫度時進行保護，樣件的力學性能符合設計要求，說明參數(shù)可靠，可以用于指導生產(chǎn)。
    工業(yè)純鈦基于其良好的化學性能與物理性能，在多個惡劣的環(huán)境中應用。目前鈦制設備已經(jīng)在石油化工、海洋工程等領域中得到了廣泛地應用。工業(yè)純鈦焊接要求較高，稍有外界因素污染干擾，就可能會導致焊接質(zhì)量受到嚴重影響。在鈦設備制造中，焊接工藝是一項重要的工藝控制過程，采取合理的工藝參數(shù)將會對焊縫的質(zhì)量起到重要的保證作用。本文通過對工業(yè)純鈦TA2的焊接實驗來對焊接工藝進行分析。
    TA2的物理特性與化學特性
    純鈦的力學性能與其純度有著直接的關系，間隙雜質(zhì)含量增加，強度雖升高，但塑性將會大幅度降低。工業(yè)純鈦的切削加工難度較大，是因為它的摩擦系數(shù)較大，導熱性低，熱量集中于刀尖上，刀尖很快熔化。在常溫下，鈦的塑性要比其他的六方結(jié)構(gòu)金屬高很多。純鈦的強度隨著溫度的升高而不斷降低，當加熱到250℃時抗拉強度將會減少到原來的一半。它的疲勞性能與鋼類似，具有較為明顯的物理疲勞極限，純鈦的反復彎曲疲勞極限為0.6-0.8Rm，其耐熱性比鐵要低一些，鈦可以進行一些鍛造、軋制、擠壓等各壓力狀態(tài)下的加工，加熱鋼材用的設備可以用鈦材，要求爐內(nèi)有弱氧化性，不可使用氫氣加熱。鈦的化學性能高，溫度升高時，容易粘附刀具，造成粘結(jié)磨損。
    TA2的焊接特點
    在較高的溫度下，鈦與氫、碳等都有著較強的親和力，氫在250℃的鈦中溶解度可以達到33%以上。一旦氫在鈦中溶解，將會造成氣孔的現(xiàn)象，同時將會形成氫化鈦，沿滑移面析出，增加了金屬中的含氧量，使韌性急劇下降，有可能會造成裂紋的產(chǎn)生。間隙雜質(zhì)在特殊的條件下也會引起焊縫的斷裂。高溫下的鈦與碳將會生成碳化鈦，導致焊縫塑性下降，造成一定的裂縫問題，如果保護不當，也將會吸收進雜質(zhì)。為了確保鈦的焊接質(zhì)量可靠，在材料準備時要控制好雜質(zhì)成分，及時清除污染物，在焊接過程中做好保護。
    目前，鎢極氬弧焊是鈦與鈦合金焊接最常用的焊接方法，也是連接薄板與打底焊最好的焊接方法之一，通過對焊接工藝參數(shù)的選擇，可以實現(xiàn)良好的焊縫質(zhì)量，但這種焊接方法效率較低，在焊縫中容易產(chǎn)生氣孔問題或其他的焊接缺陷。鎢極保護焊的脈沖頻率對于鈦合金的晶粒尺寸與形態(tài)都有著一定的影響。等離子弧焊的焊接規(guī)范窄，其焊接穩(wěn)定性與重復性差，在應用進程中受到了一定的影響。在進行等離子弧焊時需要利用先進的控制技術，不斷提高自動化與控制精確化程度。另外焊接鈦材還有真空電子束焊、激光焊、擴散焊與釬焊等，選用什么樣的焊接方法，要根據(jù)實際情況而定。
    焊接工藝實驗
    4.1實驗準備
    本次焊接實驗選擇母材為4mm厚的TA2板，焊絲采用直徑為φ2.4mm的ERTA2，氬氣的純度為99.99%。選用鎢極氬弧焊，焊接設備為時代WS-400型氬弧焊機。在實驗中采用V形坡口。在焊接前，對工件的坡口表面進行機械清理、酸洗，再用清水沖洗干凈，最后使用丙酮對工件及焊絲進行擦洗。
    擬采用的焊接工藝參數(shù)如下表：
 

    4.2焊接結(jié)果分析
    由于TA2的熔點較高、熱導率低，所以需要采用較小的焊接熱輸入，從而減少焊接熱影響區(qū)。有資料顯示，在沒有經(jīng)過任何保護的情況下，TA2在200℃～300℃時不變色，在400℃時，表面將會呈現(xiàn)出金黃色，在600℃時產(chǎn)生藍色，而在800℃時將會變成深灰色。TA2的溫度不斷增高，表面顏色會隨之發(fā)生一系列的變化，焊接接頭的性能也會由于氧化物的殘留而受到影響，所以在焊接時，需要進行惰性氣體保護，以防止空氣侵入到焊接區(qū)域中。
    擬采用兩組焊接工藝參數(shù)來對焊接質(zhì)量進行驗證分析，工藝參數(shù)的選取按照上表所示，焊接電流選95A，焊接電壓選13V，焊接速度維持在12㎝/min。氬氣的流量有所不同，第一組在噴嘴、正面與背面分別施以10L/min、10L/min、5L/min的流量進行施焊，而在第二組則對三個部位分別施以15L/min、20L/min、10L/min的流量進行施焊。
    通過對兩個焊接試樣進行分析，采用第一組氬氣流量保護的焊接試樣表面呈現(xiàn)出藍色，且表面氧化較為嚴重，還可以很明顯地看到試樣表面的裂紋；而采用第二組氬氣流量保護的焊接試樣的表面呈現(xiàn)出光亮銀白色，肉眼也看不到有裂紋。再用探傷設備XXH-2505進行透照，X射線底片顯示：采用第一組氬氣流量保護的焊接試樣中出現(xiàn)很多氣孔及裂紋，按照JB/T4730.2-2005標準，評判為Ⅳ級。而第二組焊接試樣則評判為Ⅱ級合格。分析認為評判為Ⅳ級的焊接試樣主要是因為在施焊的過程中，氬氣的保護流量不夠，造成空氣中氫、氮、氧侵入到焊接區(qū)域中，與鈦形成了雜質(zhì)混合物，在焊縫凝固時，氣體沒有及時的逸出，從而導致了焊接接頭的脆化，產(chǎn)生了的氣孔及裂紋。

    通過對工業(yè)純鈦TA2的焊接實驗，對焊接工藝過程進行分析，在高溫焊接時，如果保護氣體流量不夠 ，將會對焊縫的質(zhì)量造成很大的影響。為了使惰性氣體能夠有效的保護焊接區(qū)域，需要提前送氣，而在焊接完成后滯后停氣，從而使鈦在焊接的過程中得到充分的保護。通過采用合理的焊接工藝參數(shù)，確定好合適的保護氣體流量，可以有效提高鈦的焊接質(zhì)量，從而得到優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，但是采用惰性氣體保護的焊接方法也存在一定的缺陷，即在一些特殊的焊接結(jié)構(gòu)中難以保護，比如一些大型的鈦材結(jié)構(gòu)件。相信在未來，隨著科技的不斷進步，一定會出現(xiàn)更加先進的焊接方法，比如細縫隙超激光焊的焊接方法，自動化與精密化控制更加先進，經(jīng)濟性與質(zhì)量更高，能更好的促進我國現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展。