钛合金以其比强度高30% 、耐腐蚀性优异的特性，稳居航空航天、海洋工程、医疗器械等领域的核心材料地位。但钛在400℃以上的强化学活性，使其焊接成为技术难题 —— 仅 0.01% 的氧含量增加，就会导致冲击韧性下降 20%。本文基于 ASTM、ISO 及 GB 国标体系，拆解钛合金焊接的关键技术密码。
一、选对焊接方法，事半功倍1. 主流焊接方法的适用性清单
| 焊接方法
| 适用场景
| 核心参数要求
| 不适宜领域
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| 钨极氩弧焊(TIG)
| 3mm 以下薄壁件
| 电弧电压10-15V，热输入≤5kJ/cm
| 中厚板批量生产
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| 熔化极氩弧焊(MIG)
| 3mm 以上中厚板
| 保护气流量≥20L/min
| 精密医疗构件
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| 真空电子束焊(EBW)
| 医疗植入体、航空涡轮
| 真空度≤1×10?3Pa
| 低成本民用产品
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不太推荐使用方法：焊条电弧焊（药皮易引入杂质）、CO?保护焊（氧化率超 0.5%）、气焊（焊缝氢含量显著升高）。
2.焊接材料的要求
保护气：需采用99.99%纯度氩气（4N级），露点≤-40℃，杂质总含量＜0.001%（ISO 14175），喷嘴流量15-25L/min，背面保护5-10L/min。
焊丝匹配：TA1母材配TA1焊丝（等同性原则），追求塑性时可用TA2焊丝焊接TA5（降级匹配），医疗级Ti-6Al-4V ELI应使用ELI级焊丝。
二、调对参数，焊得更稳1. 关键参数的推荐区间
钨极选择：铈钨极（Ce-TIG）烧损率比纯钨极低30%，直径1-3mm，端部磨成30-45°锥形（AWS A5.1标准）。
坡口设计：单V型坡口70-80°为常规选择，60°坡口会使吸氢量增加20%，导致冲击韧性下降15%；钝边厚度控制在0.5-1.0mm。
热影响区管控：温度建议＜250℃，否则氧化层厚度易突破5μm临界值，需用红外热成像仪实时监控。
2. 多层保护体系构建
拖罩需覆盖焊缝后方300mm区域，确保冷却至350℃以下；
钛管焊接时管内充氩压力0.01-0.03MPa，助力实现全区域无氧化。
三、判断焊接质量，解决常见问题1.从焊缝颜色看质量（GB/T 14976）
| 颜色
| 质量等级
| 氧含量
| 适用领域
| 处理方式
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| 银白色
| 1-3 级
| ＜0.1%
| 航空航天、核能
| 直接使用
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| 淡黄色
| 1-3 级
| 0.1%-0.2%
| 船舶、医疗器械
| 无损检测后使用
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| 深黄色
| 2-3 级
| 0.2%-0.3%
| 一般工业
| X 射线验证
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| 深蓝色
| 不合格
| ＞0.3%
| 禁止使用
| 报废重焊
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2. 常见缺陷的解决方案
| 缺陷类型
| 根本原因
| 解决对策
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| 气孔
| 焊丝氧化、保护气泄漏
| 100-200℃预热，双气体保护，焊枪角度偏差＜5°
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| 裂纹
| 氢致延迟裂纹（24-48 小时）
| 800-850℃退火≥2 小时，选用氢含量＜2.0mL/100g 焊丝
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| 未熔合
| 电流不足、焊速过快
| 3mm 板推荐用 80-120A 电流，焊接速度 100-150mm/min
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四、钛合金激光焊接的新进展 激光焊因能量密度大、热影响区小的优势，成为钛合金焊接研究热点：
薄板高速焊速度可达3.6m/min，工艺窗口比低速焊更宽泛；
预铺粉窄间隙激光焊有助于减少厚板气孔，熔深稳定性提升40%；
激光- TIG复合焊可使熔深增加2倍，能耗降低30%。
参考文献 [1] 钛谷贸易网。钛合金焊接技术解析：工艺选择、参数优化与质量控制全攻略 [EB/OL]. 2025-07-05.
[2] 宝鸡市科辉钛业。高能束流与材料交互作用机理：钛合金激光焊接缺陷形成机制 [EB/OL]. 2025-09-10.
[3] Morrow. 钛合金焊接技术分析：工艺选择、参数优化、质量控制综合指南 [EB/OL]. 2025-07-28.
[4] 激光制造网。钛合金激光焊研究现状与展望 [EB/OL]. 2025-11-14.
[5] GB/T 3375-2015, 焊接工艺评定规程 [S].
[6] ISO 14175:2019, Welding consumables—Wire electrodes, wires, rods and deposits for gas-shielded arc welding of non-alloy and fine grain steels[S].
