鈦具有比強度高、耐海水及其他介質的腐蝕、耐低溫，以及高溫下具有高的疲勞強度,、低的膨脹系數(shù)、良好的可加工性等優(yōu)點,，用其建造的結構在任何自然環(huán)境中都能充分發(fā)揮其作用,。在艦船應用中,，除利用其耐海水腐蝕和高比強度特點外,，還有無磁、透聲,、抗沖擊震動等優(yōu)點,，鈦及鈦合金在艦船中的使用大大延長了設備的使用壽命，減輕了重量,，提升了設備及整艦船的技術戰(zhàn)術性能,，因此鈦是一種優(yōu)秀的艦船結構材料[1-3]。
    焊接作為一種重要的金屬加工工藝,，在工業(yè)生產和國防建設中起著重要作用,。隨著產業(yè)結構的變化和科學技術的發(fā)展，先進的焊接結構是降低材料消耗,，減輕結構質量的有效途徑,，各種焊接技術有著廣闊的應用前景。隨著鈦工業(yè)的發(fā)展,，其焊接技術也越來越引起人們的重視,。鈦的熔點較高、導熱性較差,，因此在焊接時易因參數(shù)選用不當形成較大的熔池,，并且熔池溫度高，這使得焊縫及熱影響區(qū)金屬在高溫停留的時間較長,，晶粒長大傾向明顯,，使接頭塑性和韌性降低，導致產生裂紋,。所以鈦及鈦合金的焊接工藝方法是一個需要不斷解決完善的問題,。

鈦及其合金焊接特點

1 鈦及其合金的物理化學性能
    鈦具有2種同素異形體，分別以α和β來表示,，轉變溫度為882.5℃,，其低溫晶體α為密排六方晶格，在882.5℃以上穩(wěn)定的β晶體為體心立方晶格,。
    鈦的導熱性較差,，其導熱系數(shù)比不銹鋼略低。當鈦中存在雜質時，其導熱系數(shù)則有所下降,。表1列出了工業(yè)純鈦與其他金屬材料主要物理性能的比較,。

2 鈦合金的焊接組織
    工業(yè)純鈦及α鈦合金的焊接組織在常溫下是單相，根據(jù)冷卻速度的不同,，生成鋸齒狀或針狀組織,。各種機械性能與母材相比沒有大的變化，焊接性能良好,。α+β鈦合金在從β相冷卻的過程中,，形成馬氏體（α'相），α'相的數(shù)量和性質按合金組成和冷卻速度發(fā)生變化,。一般情況下,，隨α' 相的增加，合金的延伸性,、韌性降低,，即使是焊接性良好的Ti-6Al-4V，當β穩(wěn)定元素釩含量在5%以上時,，焊接性能下降,。β鈦合金的馬氏體生成溫度低于室溫，焊接處是亞穩(wěn)定β相,，所以焊接性不劣化,。但因合金元素添加過多，往往缺乏延伸性,。另外,，時效和冷加工使合金強度提高，而焊接會使強度有所損失,，故不大采用焊接接合[4],。

3 鈦合金的焊接缺陷

3.1 焊接接頭區(qū)的脆化
    鈦及鈦合金焊接區(qū)易受氣體等雜質的污染而產生脆化。造成脆化的主要元素有O,、N,、H、C 等,。常溫下鈦及鈦合金比較穩(wěn)定,，但隨著溫度的升高，鈦及鈦合金吸收O,、N,、H 的能力也隨之明顯上升。Ti從250℃開始吸收氫,，從400℃開始吸收氧,，從600℃開始吸收氮,。氮和氧對接頭強度和彎曲塑性影響較大，隨著焊縫中氮氧含量的增加,，接頭強度升高,，彎曲塑性降低，氮的影響大于氧,。氫主要影響接頭的沖擊韌性,。

3.2 焊接區(qū)裂紋傾向
   （1）熱裂紋。
    由于鈦及鈦合金中含S,、P,、C 等雜質較少，很少有低熔點共晶在晶界處生成,，而且結晶溫度區(qū)間很窄,，焊縫凝固時收縮量小，因此熱裂紋敏感性低,。
   （2）冷裂紋和延遲裂紋。
    當焊縫含氧,、氮量較高時,，焊縫性能變脆，在較大的焊接應力作用下,，會出現(xiàn)裂紋,，這種裂紋是在較低溫度下形成的。
    在焊接鈦合金時,，熱影響區(qū)有時也會出現(xiàn)延遲裂紋,，氫是引起延遲裂紋形成的主要原因。防止延遲裂紋的辦法,，主要是減少焊接接頭處氫的來源,，必要時可進行真空退火處理，以減少焊接接頭的氫含量,。

3.3 焊縫氣孔
    氣孔是鈦及鈦合金焊接中較為常見的缺陷,，O2、N2,、H2,、CO2、H2O都可能引起氣孔,。鈦及鈦合金焊縫氣孔大多分布在熔合區(qū)附近,，這是鈦及鈦合金氣孔的一個特點。 焊縫中的氣孔不僅造成應力集中,，而且使氣孔周圍金屬的塑性降低,，甚至導致整個焊接接頭的斷裂破壞,，因此須嚴格控制氣孔的生成[5]。

鈦及其合金焊接方法與研究現(xiàn)狀

1 鎢極氬弧焊
    鎢極氬弧焊是鈦及其合金最常用的方法, 它是連接薄板和打底焊的一種極好的方法,，通過選用合適的工藝參數(shù)可以實現(xiàn)較為良好的焊接,。其不足是焊速較慢、焊件變形較大,、焊縫組織較粗大[6],；焊縫中易生產氣孔以及鎢夾雜等焊接缺陷；焊接過程易出現(xiàn)氣體保護不良而影響焊縫質量等,。TIG焊的脈沖頻率對鈦合金的晶粒尺寸和形態(tài)都有影響,，脈沖頻率過高或過低時，焊縫區(qū)均為柱狀晶,，強度較低,，頻率適中時為等軸晶，對應的強度也高一些,。近些年來印度對鈦合金的TIG 焊研究相對較為全面[7],。
    M. Balasubramaniana 等通過對鈦合金（Ti-6Al-4V）進行脈沖電弧焊實驗研究發(fā)現(xiàn)晶粒尺寸和硬度與焊接參數(shù)之間具有如下關系:
    晶粒尺寸G S = 81.43-18.33P -14.17B-10.83F+15T+25.68P2+18.18B2 + 61.93F2 +25.68T2；硬度H=472.15+8.54P-6.87B+4.38F-5.62T 17.57P2-12.57B2-36.32F2 -15.07T2 + 1.56PF,。
    其中,，P表示峰值電流，A,；B表示基值電流,，A；F表示頻率,，Hz,；T表示時間。經過試驗測定,，該模型預測晶粒尺寸和硬度的準確率可以達到99% 的水平[8],。