钛及钛合金的焊接
1.钛及钛合金的种类及其特性.........................................................2
1.1钛及钛合金的基本性能.........................................................2
1.2钛及钛合金的分类.................................................................32.钛及钛合金的焊接特点.................................................................5
2.1钛的化学活性大.....................................................................5
2.2钛的熔点高、热容量大、电阻系数大、导热性差.............6
2.3焊接变形大，而且校正较困难..............................................6
2.4焊缝有形成气孔的倾向.........................................................7
2.5接头区的脆化.........................................................................8
2.6焊接裂纹..................................................................................83.钛及钛合金的钨极氩弧焊.............................................................9
3.1坡口制备................................................................................10
3.2焊件及焊丝的清理................................................................10
3.3点固焊及装配........................................................................11
3.4焊接材料选择........................................................................11
3.5气体保护措施........................................................................12
3.6气体保护措施及其使用范围................................................13
3.7气体保护效果.......................................................................14
3.8焊接工艺参数的选择...........................................................14
3.9焊后热处理...........................................................................15
1.钛及钛合金的种类及其特性
钛及钛合金由于具有良好的强度、塑性、好的耐蚀性能和较高的高温强度。最突出的是其高的比强度（强度极限与比重之比称为比强度），这使钛在化工、航空航天及其他的行业得到广泛的应用。
1.1钛及钛合金的基本性能
钛位于元素周期表第ⅣB族。钛原子序数为22，原子量为47.9。钛具有金属光泽，熔点1668°C，密度为4.51g/cm3。钛在高温及低温下具有良好的性能。例如铝在150℃，不锈钢在310℃时就会失去其原有的性能；而钛在550°C时，其性能还保持不变。在超低温下（－253°C）也能保持良好的性能。利用其制成的零件，既可以减轻重量又不影响其强度。
表6-1中对钛、铁、铝、铜物理性能进行比较。从表来看，钛的密度较小。约为铁的一半。钛的熔点和沸点都较高，比热介于铝与铁之间。由于钛的导热系数是铁的四分之一，是铝的十三分之一。与钢材焊接相比，钛材焊接时能量损失较小。表6-1钛、铁、铝、铜物理性能比较
金属性能
原子量
密度（g/cm3）
熔点（°C）
沸点（°C）
导热系数（W/(m°C)）
电阻率（20°C）（×10-6Ωcm）
比热（20°C）（J/kgK）
线膨胀系数（×10-6°C-1）
弹性模量（×103MPa）Ti47.94.[1**********]5.0642544.288.41115.64Fe55.847.[1**********]7.369.71711.7511.76196Al26.982.[1**********].832.69895.7824.361.74Cu63.548.[1**********]84.11.673380.9916.5107.8钛的弹性模数较小，这是它的缺点。因此在许多情况下，用增加构件的截面积，来保证结构的足够刚度，并在钛中加入适当的合金元素，以提高它的弹性模数。
钛在海水以及潮湿环境中均有良好的抗腐蚀性。钛的良好的抗腐蚀性，由于在其表面上形成了钝化层，这种钝化层可牢固地和基本金属联系在一起，从而放
置金属表面和电解质直接接触。钛表面上形成的氧化膜厚度，通常达到50~60埃（1埃=10-10米）。
因为氧通过氧化膜的扩散速度很小，所以氧化膜保护金属，防止继续氧化。综上所述，钛及钛合金具有强度高、塑性好、比重轻、熔点高、抗腐蚀性能好等优点。钛的缺点是弹性模数低、蠕变性大、生产过程复杂、价格昂贵等。
1.2钛及钛合金的分类
工业纯钛的牌号分为TA1、TA2、TA3。钛合金按性能和用途可分为结构钛合金、耐蚀钛合金、耐热钛合金、和低温钛合金等；按生产工艺，可分为铸造钛合金、变形钛合金、和粉末钛合金；根据退火组织，可分为α钛合金、β钛合金和α＋β钛合金三大类。牌号分别TA、TB、TC和顺序数字表示。TA4～TA10表示α钛合金，TB2～TB4表示β钛合金，TC1～TC12表示α＋β钛合金。
1.2.1工业纯钛
工业纯钛的性质与纯度有关，纯度越高，强度和硬度越低，塑性越好，越容易加工。钛在885°C发生同素异构转变。在885°C以下为密排六方结构，称为α钛；在885°C以上为体心立方结构，称为β钛。钛合金的同素异构转变温度随着加入合金元素的种类和数量不同而变化。工业纯钛的再结晶温度为550～650°C
工业纯钛中的杂质元素有氢、氧、铁、硅、碳、氮等。其中氧、氮、碳与钛形成间隙固溶体，铁、硅与钛形成置换固溶体，起固溶强化作用，显著提高钛的强度和硬度，降低塑性和韧性。氢以置换的方式固溶于钛中，微量的氢能够使钛的冲击韧性急剧下降，增大缺口敏感性，并引发氢脆。
1.2.2钛合金
工业纯钛中加入合金元素便可以得到钛合金。钛合金的强度、塑性、抗氧化性能显著提高，其相变温度和结晶组织发生相应变化。
（1）α钛合金
Zr等进行固溶强化α钛合金主要通过加入α稳定性元素Al和中性元素Sn、
而形成的。α钛合金有时也加入β稳定元素，因此α钛合金又分为完全有α相单相组成的α合金、β稳定元素含量小于20％的类α合金和能够时效强化的α合金（Cu＜2.5%的Ti－Cu合金）。α钛合金主要合金元素是铝，铝溶入钛中形成
α固溶体，从而提高结晶温度。含铝5％的钛合金，其在结晶温度从纯钛的600°C提高到800°C；从而提高耐热性能和力学性能也有所提高。。铝还能够扩大氢在钛中的溶解度，减少形成氢脆的敏感性，但铝的加入量不宜过多，否则容易出现Ti3Al相而引起脆性，通常铝含量不超过7％。α钛合金具有高温强度好，韧性好，抗氧化能力强，焊接性能优良，组织稳定等特点，强度比工业纯钛高，但加工性能比β和α＋β合金差。α合金不能进行热处理强化，但可以通过600～700°C的退火处理消除加工硬化；或通过不完全退火（550～650°C）消除焊接时的应力。
（2）β钛合金
β钛合金的退火组织完全由β相组成，β合金含量含有很高比例的β稳定元素，使马氏体转变β→α进行的很缓慢，在一般工艺条件下，其组织几乎全部为β相。通过时效处理，β钛合金的强度可以得到提高，其强化机理是α相或化合物的析出。β钛合金在单一β相的条件下的加工性能良好，并具有优良的加工硬化性能，但高温性能差，脆性大，焊接性能差，容易形成冷裂纹，在焊接结构中应用较少。
（3）α＋β钛合金
α＋β钛合金的组织是由α相和β相两相构成。其钛合金中含有α稳定元素Al，同时为了进一步强化合金，加入中性元素Sn、Zr等和β稳定元素，其中β稳定元素地加入量不超过6％。
α＋β钛合金兼有α相和β相合金的特点，既具有良好的高温变形能力和热加工性能，又可以通过热处理强化提高强度。但是，随着α相比例的增加，其加工性能变差；随着β相比例增加焊接性能变差。α＋β钛合金退火状态时断裂韧性高，热处理状态时比强度大，加工硬化倾向较α和β钛合金大。α＋β钛合金的室温、中温强度比α钛合金高，并且由于溶解氢等杂质的能力较α相大，因此，氢对α＋β钛合金的危害较α钛合金小。由于α＋β钛合金力学性能可以在较宽的范围内变化，从而可以使其适应不同的用途。
TC4（Ti－6Al－4V）是应用最广泛的α＋β钛合金，其基本组成时α相和β相。但在不同的热处理条件下，两相的比例、性质和形态是不同的。将TC4合金加热到不同的温度后空冷即可得到不同的组织。TC4钛合金的室温强度高，在150～350°C时具有良好的耐热性能。此外，还具有良好的压力加工和焊接性能，焊后可以不做任何热处理即可使用，而且可以通过焊后的固溶和时效处理进一步强化。
2.钛及钛合金的焊接特点
钛及钛合金的焊接性能具有许多显著的特点，这些特点是由钛及钛合金的物理性能所决定的。
2.1钛的化学活性大
不仅在熔化状态，即使在400℃以上的高温固态下，钛也极易被空气、水分、油脂、氧化膜等污染，吸收氧、氮、氢、碳等杂质，使焊接接头的塑性和韧性显著降低，并易引起气孔。因此，焊接时对熔池、焊缝及温度超过400℃的热影响区都要加以妥善保护。
（1）氧和氮的影响
氧、氮均是α稳定元素氧在α钛、β钛中的最大溶解度分别是14.5％（原子）和1.8（原子），氮则为7％和2％（原子）。钛与氧在600°C以上发生强烈，当温度高于800°C时，氧化膜开始向钛溶解扩散。氮则在700°C以上与钛发生强烈的作用，形成硬脆的TiN。氧和氮在高温的α钛和β钛中都容易形成间隙固溶体，造成钛晶格的严重变形，使强度、硬度提高，但塑性、韧性显著降低。而且氮与钛形成的固溶体造成的晶格畸变较氧更加严重。因此，氮比氧更剧烈地提高钛的强度和硬度，降低钛的塑性。
（2）氢的影响
氢的β相稳定元素，在β钛中溶解度中，而在α钛中的溶解度很小。钛与氢在325°C时发生共析转变β→α＋γ。在325°C以下氢在钛中的溶解度急剧下降，常温时仅为0.00009％。共析转变析出的氢化物TiH2（γ相），TiH以细片状或针状存在，其断裂强度很低，在钛中成为微裂纹源，引起接头塑性和韧性下降。
为防止氢造成的脆化，焊接时要严格控制氢的来源。首先从原料入手，限制母材和焊材中的氢含量以及表面吸附的水分，提高氩气的纯度，使焊缝中的氢含量控制在0.015％以下。其次可以采取冶金措施，提高氢的溶解度。添加5％铝，在常温下可是氢在α钛中的溶解度达到0.023％。添加β相稳定元素Mo、V可使室温组织中残留少量的β相，溶解更多的氢，降低焊缝的氢脆倾向。
当焊接重要构件时，可将焊丝、母材放入真空度为0.0130－0.0013Pa的真空退火炉中加热至800～900°C，保温5～6h进行脱氢处理，将氢的含量在0.0012％以下，可以提高焊接接头的塑性和韧性。
（3）碳的影响
碳的主要源于母材、焊丝和油污等，常温时碳在α钛中的溶解度为0.13％。
在溶解度的范围内，碳以间隙的形式固溶于α钛中，使钛的强度提高，塑性下降，但影响不如氧和氮显著。碳超过溶解度时析出硬脆的TiC，并呈网状分布，其数量随碳含量的增高而增加，使得焊缝的塑性迅速下降，在焊接应力作用下容易产生裂纹。因此，碳在钛及钛合金中的含量不得不超过0.1％，当钛及钛合金中的碳含量达到0.28％时，焊接接头变得很脆。此外焊缝中含碳量应小于母材的含碳量。焊前应仔细清理清理焊件和焊丝上的油污，避免焊缝增碳。
（4）合金元素的影响
在钛中加入Al、Ni、Si、Nb、Cr、MnVMo等合金元素能够提高钛合金的强度，有时为获得某些特殊的性能，如抗氧化性能等，还加入不同的合金元素，这些合金元素的加入，将会使钛合金的相变温度及组织结构都发生较大的变化，影响钛及其合金的焊接接头性能。
Al元素不仅能够提高钛及合金焊接接头的强度，还能提高焊缝的热强性，抗腐蚀性、抗蠕变和抗氧化能力。焊缝中Al含量小于3%时，不会改变熔化金属的微观组织；荡含5%Al时，焊缝金属就会产生针状组织，使焊缝的塑性有所下降；含Al7%时，接头塑性下降，其冷弯角仅为不含Al的钛的焊接接头的40%，但焊接接头的冲击韧性变化不大，所以焊接时应控制焊缝中的Al含量不超过6%，焊缝中的Sn含量一般控制在8～10%的范围，不仅有利于提高焊缝金属的塑韧性，还能提高接头的抗拉强度。
Mo含量一般控制在3%～4%，焊缝金属具有良好的塑韧性，如Mo含量大于6%，虽能够提高接头的性能，但塑韧性下降明显。加入Mn、Fe、Cr等元素时提高焊缝抗拉强度的作用最为显著，当焊缝中加入Nb、W、Si等元素可明显提高接头的抗氧化能力。此外，加入合金元素对降低氢脆的影响可起到良好的作用。例如，当焊缝中加入5%Mo时，可获得冲击韧性49J/cm2的接头。
2.2钛的熔点高、热容量大、电阻系数大、导热性差
上述物理特性使钛的焊接熔池具有更高的温度、较大的熔池尺寸，热影响区金属在高温下停留时间长。因此，焊接接头易产生晶粒长大倾向（特别是β钛合金），从而引起接头塑性降低。故在选择焊接规范时，应尽量保证焊接接头（特别是热影响区金属）既不过热又不产生淬硬组织。通常采用小电流、高速焊的焊接规范。
2.3焊接变形大，而且校正较困难
钛的纵向弹性模量约比钢小一半，在同样的焊接应力作用下，钛及钛合金的
焊接变形量比不锈钢约大一倍。因此，焊接时宜采用垫板和压板将焊件压紧，以减少焊接变形量。此外尚可起到加强焊缝的冷却效果。焊接5~6mm钛板需通水冷却。由实验查明：有循环水冷却的夹具与无循环水冷却的夹具相比，前者可使焊接区的高温停留时间缩短，焊缝的表面色泽得以进一步改善（即氧化程度减轻）。
2.4焊缝有形成气孔的倾向
气孔是最常见的缺陷，它占钛合金整个焊接缺陷的70%以上，尽管国内外对气孔进行了大量的研究，在焊接过程中常采用多种预防措施，但是气孔仍不能完全避免。
气孔不仅是造成应力集中的因素，而且气孔边缘的金属含氢量高、塑性低，结果使整个街头的苏醒和疲劳寿命降低，甚至导致某些钛合金结构发生断裂、破坏。
形成气孔的因素很多，且很复杂，图列出了影响钛及钛合金焊缝气孔的各种因素。通常认为：氢气是引起气孔的主要原因。在焊缝金属冷却过程中，氢的溶解度会发生变化，如焊接区周围气氛中氢的分压较高时，焊缝金属中的氢不易扩散溢出，而聚集在一起形成气孔。
当钛焊缝中的碳大于0.1%及氧大于0.133%时，由氧与碳反映生成的一氧化碳气体也可导致产生气孔。表6-2影响钛及钛合金焊缝气孔的各种因素
焊接区的气氛在熔池中混入氧、氢、氮等不纯气体
焊丝表面吸附有不纯的气体
焊丝
直接因素
影响钛及钛合
金焊缝气孔的
各种因素焊件焊丝表面存在灰尘及油脂焊丝表面有氧化物焊丝内部固溶有不纯的气体焊件表面吸附有不纯的气体焊件表面存在灰尘及油脂
焊件表面有氧化物
焊件中固溶有不纯的气体
焊接条件
坡口形状
钨极氩弧焊时焊接电流太大焊接速度过快坡口角度太小间接因素
为防止气孔的产生，必须采取以下措施：
（1）严格控制基体金属、焊丝、氩气中氢、氧、氮等杂质气体的含量；（2）彻底清除板材、焊丝表面上的氧化皮及油污等有机物；
（3）正确选择焊接规范，延长熔池的停留时间，便于气泡浮出，一般可减少气孔5~6倍，这是值得推荐的措施；
（4）用等离子弧焊代替钨极氩弧焊可以减少气孔，这是因为等离子弧焊的熔池温度高，对熔池前沿的焊接坡口热清理作用大，放气过程快；
（5）尽量缩短焊件从清理到焊接的时间。临焊前对焊件、焊丝清理具有良好的效果，可减少气孔1.5~2倍。从清理到焊接的时间一般不超过2小时，否则要用玻璃纸包好存放，以防吸潮；
（6）焊前在坡口断面需进行机械加工，去掉剪切痕，则可有效地预防气孔的产生；
（7）对熔池施以良好的气体保护，控制好氩气的流量及流速，防止紊流的产生；
（8）应保持低的氩气露点，焊炬上通氩气的管道不宜采用橡皮管，而最好用尼龙软管。
2.5接头区的脆化
常温下，由于表面氧化膜的作用，钛能保持高的稳定性和耐蚀性能。但钛在高温下，特别是在熔融状态下时对气体有很大的化学活泼性。而且在540°C以上钛表面生成的氧化膜较疏松，随着温度的升高，容易被空气、水分、油脂等污染，使钛与氧、氮、氢的反应速度加快，降低焊接接头的塑性和韧性。无保护的钛在300°C以上吸氢，600°C以上吸氧，700°C以上吸氮，这些气体被钛吸收后，会引起接头脆化。
2.6焊接裂纹
钛熔点高、热容量大，导热性差，因此焊接时容易形成较大的熔池，并且熔池的温度更高，这使得焊缝及热影响区金属在高温停留时间较长，晶粒长大倾向大，降低接头的塑性和断裂韧性容器产生焊接裂纹。尤其是工业纯钛、α钛合金和β钛合金，焊缝及热影响区粗大的晶粒难以用热处理的方法恢复，且焊缝为铸态，焊后强度下降大，焊接时应严格控制焊接热输入量。熔化焊时应采用能量集中的热源，减少焊接热影响区；或采用较小的焊接电流和较快的焊接速度，避免产生焊接裂纹。
对α+β钛合金，如果β组织含量较少，则焊接性较好，但焊接接头塑性比α钛合金低；β组织较多的合金在冷却过程中会出现各种马氏体相，如α′、α″、ω相，塑韧性进一步下降，冷却速度越大，下降越严重，裂纹倾向越大，所以焊接α+β钛合金时宜采用较大的热输入进行焊接，此外，进行合适的焊后热处理，也可以减少焊接裂纹。
当焊缝中的含氧、氢、氮量较多时，焊缝和热影响区的性能变脆，在较大的焊接应力作用下容易产生冷裂纹，这种裂纹在较低温度下形成的，在焊接钛合金时热影响区有时也会产生延迟裂纹其原因由于熔池中氢和母材金属低温区中氢向热影响区的扩散。引起氢在热影响区的增加并析出TiH2，使热影响区的脆性增大，此外，氢化物析出时的体积膨胀会引起较大的组织应力，再加上氢原子的扩散与聚集，最终使接头形成裂纹。防止这种延迟裂纹的方法是尽可能降低焊接接头中的氢含量。为此，应选用含氢量低的母材、焊丝和气体，注意焊前清理、焊后去氢处理，并进行消除应力处理。必要时，可进行真空退火处理。
钛及钛合金由于高温塑性好，液相线于固相线的温度区间窄，而且凝固时的收缩量也比较小，加上硫、磷、碳等杂质元素少，在晶界上很少形成低熔共晶物，所以一般很少产生热裂纹，但当母材和焊丝质量不合格时，特别是焊丝有裂纹、夹层时，会在夹层和裂纹出积聚大量的杂质而使焊缝产生热裂纹。所以钛合金焊接时应注意母材和焊接材料的成分标准是否符合要求。
3.钛及钛合金的钨极氩弧焊
钛及钛合金的性质非常活泼，所以普通的焊条电弧焊、气焊、CO2气体保护焊不适合其焊接。主要焊接方法及特点见下表：表6-3钛及钛合金主要焊接方法及特点
特点
可以用于薄板及厚板的焊接，板厚3mm以上可以采用多层
焊，熔深浅，焊道平滑，适用于修补焊接
熔深大，熔敷量量大，飞溅大，焊缝成形较钨极氩弧焊差
熔深大，10mm的厚板可以一次焊成，手工操作困难
熔深大，污染少，焊缝窄，热影像区小，焊接变形小，设备
价格高
熔深大，不用真空室，可以进行精密焊接，设备价格高
可以用于异种金属或非金属的焊接形状复杂的工件可以一次
焊成，变形小焊接方法钨极氩弧焊熔化极氩弧焊等离子弧焊电子束焊激光焊扩散焊
钨极氩弧焊是钛及钛合金最常用的焊接方法，常用于焊接3mm以下的构件。其又可分为敞开式焊接和箱内焊接两种类型，它们又各有手工和自动。敞开式焊接是在大气环境中的普通钨极氩弧焊，是利用焊枪的喷嘴、托罩和和背面保护装置通以适当流量的氩气和氩氦混合气，把焊接高温区的空气隔开，以防止空气的侵入而沾污焊接区的金属。这是一种局部的气体保护方法。当焊接结构复杂，难以实现托罩或背面保护时，则应采用箱内焊接，箱体在焊接前先要抽真空，然后充氩气，焊件在箱体中处于惰性气体保护之下，是一种整体气体保护的焊接方法。
3.1坡口制备
坡口形式及尺寸的选择原则，是尽量减少焊接层数和填充金属量，随着焊接层数的增多，焊缝的累积吸气量增加，以致影响到接头的塑性。
3.2焊件及焊丝的清理
钛板及钛丝的清理质量对焊接接头的机械性能有很大的影响。清理质量不高时，往往在钛板及钛丝表面上生成一层灰白色的吸气层，并导致形成裂纹、气孔。钛板及钛丝的清理可分为机械清理及化学清理两种方法。
（1）机械清理
采用剪切、冲压和下料的工件需要焊接前对其接头边缘进行机械清理。对于质量要求不高或酸洗有困难的焊件，可以用细砂布或不锈钢丝刷擦拭，或用硬质合金刮刀刮削待焊边缘去除表面氧化膜，刮深0.025mm即可；对于采用气割下料的工件，机械加工层的厚度不少于1～2mm，然后采用丙酮或乙醇、四氯化碳或甲醇等溶剂去除加工层两侧的有机物及油污等。在除油时采用毛刷或丝绸布。对于焊前经过热加工或在无保护气体的情况下的热处理工件，需进行喷丸或喷砂清理表面，然后进行化学热处理。
（2）化学清理
对氧化膜层较薄的工件，可在室温条件下将其泡在（2%～4%）HF+（30%～40）HNO3+HO2的溶液中10-20min，然后用清水冲洗干净并烘干。对于热轧后工件，氧化膜层较厚，应先进行碱洗，碱洗时，将钛板浸泡在含烧碱80%、碳酸氢钠20%的浓碱水中10～15min，溶液的温度保持在40～50°C，碱洗后再酸洗，其配方为：每升溶液中，硝酸55～60mL,盐酸340～350mL，氢氟酸5mL，酸洗时间10～15min.
已经清洗的钛板、焊丝放置时间不宜过长，为保持焊接坡口处的清洁，可用塑料布将坡口及其两侧覆盖住。若发现有污物，最好再用丙酮及乙醇在焊件边缘
进行擦洗。
清洗过的焊丝应置于温度在150~200℃的烘箱内保温，做到随用随取。取用钛丝时，需戴清洁的白手套。
3.3点固焊及装配
由于钛的特殊的物理性质，如表面张力系数大、熔融态粘度小，焊前需对焊件进行仔细的装备，点焊点的焊点的间距为100～150mm，长度为10～15mm。点焊采用的焊丝及工艺应与正式焊接时相同，在每一点固焊停弧时，应延迟关闭氩气。装配时严禁使用铁器敲击、划伤工件表面。
3.4焊接材料选择
①氩气
适用于钛及钛合金焊接的氩气为一级纯氩（纯度为99.99%），其纯度为99.99%，露点为-40°C以下，杂质总含量＜0.02%，相对湿度＜5%，水分＜0.001mg/L。
当氩气瓶中的压力降至0.981兆帕时，应停止使用，以防止降低钛材焊接接头的质量。
②焊丝
钛及钛合金钨极氩弧焊用的焊丝，原则上是选择与基体金属成分相同的钛丝。常用的焊丝牌号有TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6及TC3等。如缺乏上述标准牌号的钛丝时，则可从基体金属上剪下狭条作为填充焊丝，狭条的宽度相同于板厚。
为提高焊缝的塑性，可选强度比母材金属稍低的焊丝。如焊接TA7及TC4等合金时，可选用纯钛焊丝，但要保证焊丝中的杂质含量比母材低。
焊丝以真空退火状态供货，表面不得有裂纹、氧化、非金属夹杂等缺陷。焊丝在焊接前必须进行彻底的清理，否则焊丝表面的油污等可能成为焊缝金属的污染源。
表6-4美国钛及钛合金焊接用焊丝牌号
3.5气体保护措施
由于钛及钛合金对空气中的氧、氮、氢等气体具有很强的亲和力，因此必须在焊接区采取良好的保护措施，以确保焊接熔池及温度超过350°C的热影响区（包括焊件的正面和反面）与空气相隔绝。
（1）焊缝正面保护
钛焊缝表面的气体保护效果除与氩气纯度、流量、喷嘴与焊件间距离、焊接接头形式、穿堂风等因素有关，主要取决于焊炬、喷嘴的结构形状和尺寸。钛的热导率低焊接熔池大，因此，钛及钛合金氩弧焊时，对所用焊炬的气保护性能要高于铝和不锈钢，喷嘴孔径也相应增大，以扩大气体保护区的面积。
从改善焊缝金属的组织及提高焊缝、热影响区的性能考虑，可采用增强焊缝冷却速度的方法，即在焊缝两侧或焊缝反面设置空冷或水冷铜压块。（2）焊缝正面后端的保护
对于已经脱离喷嘴保护区，但仍处于350℃以上的焊缝和热影响区表面，必须继续给以保护，生产上常采用通有氩气流的托罩。托罩的结构、尺寸根据焊件形状、板材厚度、焊接规范等条件确定，要求能与焊件表面间保持一定的距离。（3）焊缝反面的保护
焊缝反面的保护，常采用在局部密闭气腔内或整个焊件（指封闭的圆形、椭圆形焊件）内充满氩气，以及在焊缝背部设置通氩气的垫板等方法。
平板对接焊时，普遍地采用反面带有通气孔道的紫铜垫板。
图6-1焊缝反面通氩保护用垫板
1—铜垫板、2—压板、3—紫铜冷却板、4—钛板、5—出水管、6—进气管、7
—进水管、L—压板间距离
3.6气体保护措施及其使用范围表6-2气体保护措施及使用范围
类别保护位置
熔池及其周围保护措施采用保护效果好的圆柱形
或椭圆形相应增加氩气流量
附加保护罩或双层喷嘴
局部保护温度≥400°C的焊
接区及热影响区
温度≥400°C的焊
缝背面及热影响区焊缝两侧吹氩，适应焊件形状的各种限制氩气流动的挡板通氩垫板或焊件内腔充氩，局部通氩，紧靠金属板
柔性箱体，采用不抽真空
多次充氩的方法提高箱体内的
充氩箱保护整个工件氩气纯度。但焊接时仍需喷嘴
保护；刚性箱体采用真空（10
－2－10－4）再充氩的方法
冷却块（通水或不通水），
增强冷却焊缝及热影响区适用于焊件形状的工装导热，
减小热输入量
用途及特点适用于焊缝形状规则、结构简单的焊件，操作方便，灵活性大。适用于结构形状复杂的焊件配合其他保护装置以增强保护效果
3.7气体保护效果
氩气流量的选择以达到俩更好的焊接表面色泽为准，过大的流量不易形成层流，而且增大焊缝的冷却速度，容易在焊缝表面出现马氏体。拖罩中的流量不足，焊接接头表面呈现不同的氧化色泽；流量过大对主喷嘴的气流产生干扰。背面的氩气流量过大也会影响正面第一层的气体保护效果。
保护效果的好坏看各层的表面色泽。一般要求焊后表面为银白色，其次为金黄色。表6-3工业纯钛焊缝的表面颜色与接头冷弯角的关系
焊缝表面颜色
银白色
金黄色
深黄色
浅蓝色
深蓝色
暗灰色
焊
银白，淡
黄
允许深黄不允许允许金紫不允许允许缝深蓝银白，淡黄允许深黄不允许不允许允许冷弯角（°）[1**********]0焊接质量良好合格合格不合格不合格不合格热影响区金紫不允许允许深蓝不允许允许表6-4焊缝与热影响区颜色焊缝级别1级2级3级
3.8焊接工艺参数的选择
（1）焊接线能量
钛及钛合金的有晶粒长大的倾向，尤以β钛合金最为显著，而晶粒长大难以采用热处理的方法加以调整。所以焊接参数的选择，既要防止焊缝在电弧作用下出现的晶粒粗化倾向，又要避免焊后冷却过程中的脆硬现象。焊接应采用较小的焊接线能量，使温度刚好高于才形成焊缝所需的最低温度。
（2）氩气流量的选择以达到良好的焊缝表面色泽为准，过大的流量不易形成稳定的气流量，并且增大焊缝的冷却速度，出现微裂纹。
（3）焊接层数越少越好。增加焊接层数易引起晶粒长大及过多的焊缝吸气量。
在厚板多层、多道焊时，为防止焊件过热，应在前一层焊缝冷却到是问候再焊下一层焊缝。
在多层、多道焊时，不能单凭盖面层的色泽来评价焊接接头的保护效果。在这种情况下，若底层焊缝已被杂质污染，当盖面层焊接时，可能由于气体保护性能尚属良好，在该层焊缝表面仍出现了较满意的色泽，但焊接接头的塑性却因底层焊缝表面的氧化膜杂质溶入焊缝内部而明显降低。
（4）手工氩弧焊时，焊丝与焊件间应尽量保持最小的夹角（10°~15°）。焊丝沿着熔池前端有节奏地送入熔池在某些情况下，为增大熔池，也可间断地加入焊丝。向焊接熔池添加焊丝时，尚应注意以下两点：
①防止破坏喷嘴出口孔出的层流层；
②焊丝的送进要平稳、均匀，不得将焊丝端部溢出氩气保护区外。
焊炬的移动方向按左向焊法。焊炬基本上不做横向摆动，当需要摆动时，频率要低，摆幅也不易太大，以防焊接熔池脱离氩气流的保护。
3.9焊后热处理
钛及钛合金一般可以不进行焊后热处理，但对有应力腐蚀、疲劳、尺寸等要求较高的构件可进行焊后退火或淬火－时效处理。
退火的目的时消除应力、稳定组织、改善力学性能。淬火时效处理的目的是提高接头的强度。但由于高温加热氧化严重，淬火时发生的变形难以矫正，而且焊件较大时不易进行淬火处理，因此一般很少采用。