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

不太推荐使用方法：焊条电弧焊（药皮易引入杂质）、CO₂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）

2. 常见缺陷的解决方案

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].