钛合金发动机壳体等离子焊接工艺研究(3)
2) 钛合金从低温至500℃左右都具有较高的韧性，并有良好的耐蚀性，钛合金的热传导率低，弹性也较低，仅为钢的55%
3) 钛合金的比强度、抗裂纹生长的能力、抗疲劳和抗应力腐蚀的性能都优于铝合金和不锈钢，又具有高的热强性和持久强度
4) 钛熔点高(1668℃)，导热系数小，无磁性，线性热膨胀系数较小
钛合金由于其优异的综合性能而成为二次大战后喷气飞机的结构材料和航空航天的重要材料，被誉为“太空金属”。钛工业的发展水平在一定程度上是衡量一个国家航空航天发展水平的重要标志。航空航天用钛合金的主要驱动力为：减重、抗热性满足高温部位要求、抗蚀性、与聚合物基复合材料具有电化学相容性和空间限制等[4]。在舰船工业领域，钛合金广泛用做耐压艇体、结构件、浮力系统球体、泵体及夹板配件等。在化学和石油工业领域，钛合金可以用做阳极液槽、反应塔、高压釜等，它们大部分是在腐蚀性高的液体介质中运转。钛合金在这些部门中的应用，取得了良好的技术经济效果[5]。钛合金还是优良的生物材料，它无毒、质轻、耐蚀，而且和基体组织有很好的亲和性，已广泛应用于制造医疗器械及外科植入物[6]。
1．3 钛合金焊接的主要问题
钛合金是一种化学性质十分活泼的活性金属，同时又是一种高熔点的材料。钛合金属于多晶型材料，在许多情况下，这就决定了钛合金的相成分、组织和性能。钛合金的特殊物理特性和化学特性，使钛合金焊接时具有许多独特的工艺特点，特别是钛合金的力学性能对其组织的依赖性很大，钛合金焊接时要经历加热、熔化、化学反应、结晶、冷却、固态相变等一系列复杂的过程，这些过程又都是在温度、化学成分及应力极不平衡的条件下发生的，将会产生热膨胀、热收缩、残余变形等体积变化，焊接不仅改变了钛材的外形，而且还伴随着焊接而产生气体污染、接头硬化、残余应力、裂纹等缺陷，引起钛材内部成分和组织性能的变化。通过对钛合金成分及组织的特性的分析，初步了解钛合金的焊接性，及其对焊接接头的性能的影响。
1.3.1 钛的化学性质
钛是一种极易氧化的金属，高温下与许多气体有很强的亲和力，钛加热至300℃时开始吸收氢,400℃时开始明显氧化，500℃时开始明显氮化,600℃时氧化、氮化均很剧烈，1000℃时碳可与钛反应，由于氢、氧、氮、碳均系间隙元素，溶于钛形成间隙固溶体，使晶格产生较大的扭曲和畸变，变形抗力增加。上述元素因温度降低而溶解度下降，会析出氢化钛、氧化钛、氮化钛及碳化钛等脆性化合物，使钛焊缝的强度和硬度增加，塑性、韧性严重下降，引起焊缝脆化。因此钛的焊接必须在惰性气体保护下进行，不但熔池处要保护(利用枪体保护) ，而且在焊后刚开始冷却时的焊缝和热影响区都应保护(后拖装置保护) ，即300℃以上区域均应处于惰性气体保护下[7]。
1.3.2 焊接相变对组织和性能的影响
钛有两种同素异构的晶体结构，882℃以上到熔点为体心立方晶格，叫β相，882℃以下为密排吹冰方晶格，叫α相。钛合金在焊接高温下,焊缝及部分热影响区为β晶格，有晶粒急剧长大的倾向。另外，钛的熔点高、比热容大、热导率低等特性，因此焊接时高温停留时间较长，约为钢的3-4倍，高温热影响区较宽，使焊缝和高温热影响区的β晶粒长大明显。在焊接冷却时，焊缝和高温热影响区金属由β相向α相转变，正常的焊接冷却属快速冷却，β相容易转变为针状α组织，会使焊接接头的塑性下降较多，因而钛焊接时，通常应采用较小的焊接线能量和较快的冷却速度，以减少高温停留时间，减少晶粒长大的程度和缩小高温热影响区，减少塑性下降的影响。
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