鈦及鈦合金是二十世紀四十年代末開始發展起來的一種優良的工業金屬材料，其主要特點是密度小、比強度高、耐腐蝕、耐高溫以及良好的低溫性能，并且具有某些特殊的物理、化學特性，如**導、記憶、儲氫等特殊功能，因此在宇航、航空、化工、石油、冶金、電力、醫療等領域得到了廣泛的應用。
　　我公司承接的美國某化工項目中涉及到大量的鈦及鈦合金管道的焊接，該項目采用美國ASTM標準，主要包括ASTM B861GR2，GR7和GR12等級別的材料。其中ASTM B861GR2位純鈦管材，ASTM B861GR7為添加了0.12%到0.25%的鈀元素的鈦管，ASTM B861GR12為含鉬0.3%，含鎳0.8%的鈦合金。由于我國鈦資源豐富，儲量居世界**，因此所有鈦材都從國內采購，按美國ASME IX標準進行焊接工藝評定和焊接。由于這是我公司**焊接上述鈦及鈦合金管道，沒有現成的工藝可用，因此必須從分析鈦及鈦合金的物理化學性質及其焊接性開始，制定正確完善的焊接工藝，預判其焊接過程中可能出現的缺陷問題并提前制定預防方案，方能保證該項目的順利進行。
　　1.鈦及其合金的物理化學性質
　　鈦的主要物理性能為： 密度4.5g/cm3， 熔點1688℃，比熱容522J/（kg?K），熱導率16J/（m?s?K）。鈦有兩種結構：882℃以下為密排六方晶格結構，稱為α鈦；882℃以上為體心立方晶格結構，稱為β鈦。鈦和常用的奧氏體不銹鋼ASTM A312 TP304L的主要物理性能對比如下：
　　從上表可以看出，鈦的比強度接近不銹鋼的3倍，這讓鈦材在某些要求強度高、重量輕的領域（如宇航）相對于不銹鋼有**的優勢。
　　鈦的化學性質活潑，對氧有較高的親和力。在有氧環境中鈦表面易生成致密而附著力強、惰性大的氧化膜，即使氧化膜受到機械破壞，只要在氧化性介質中，其自愈性強，又可再生成氧化膜，這是鈦在許多酸、堿及介質中耐腐蝕性優異的原因。鈦在高溫下與氧、氮、氫反應速度較快，從250℃開始吸氫，300℃以上快速吸氫；從400℃開始吸氧，600℃以上快速吸氧；從600℃開始吸氮，700℃以上快速吸氮。
　　2.鈦及鈦合金的焊接性分析
　　由上述鈦的物理化學性質可知，鈦的熔點**不銹鋼，比熱容大于不銹鋼，化學活性大于不銹鋼，因此鈦材的焊接相較不銹鋼來說有更高的要求。
　　鈦及其合金在高溫下對氧、氮、氫和碳等具有較大的親和力，液態的熔池和熔滴金屬如得不到有效保護，則更容易受到空氣等雜質的玷污，脆化程度更嚴重，給焊接帶來困難。同時，鈦合金導熱性差，電阻系數大，焊接時產生的熱量多，熱容大，不容易散失，熔化焊時需要用惰性氣體或在真空狀態進行保護。
　　O，N，H，C等常作為雜質元素出現在鈦合金中，這些元素本身以及它們的化合物的出現將會嚴重影響鈦的力學和耐蝕性能。氫是影響鈦性能的有害元素之一，它會導致鈦的塑性與韌性降低，發生氫脆。在冷卻時，焊縫中的氫來不及逸出會產生氣孔，故一般要求鈦材中氫的含量<0.15%。鈦在高溫下（600℃以上）還易與氧、氮化合，使得焊接接頭的塑性韌性下降，引起氣孔和裂紋。鈦還較易與碳反應生成脆性的碳化物，降低塑性并影響焊接工藝可靠性。為了避免上述問題帶來的危害，焊接過程中必須妥善保護那些受焊接熱源影響而溫度**250℃的區域。
　　另外，Fe的存在會嚴重影響鈦的耐腐蝕性能和綜合力學性能。鐵元素的分布不均勻現象會導致富Fe相區與貧Fe相區的出現，并且由此建立起自發電池，產生電偶腐蝕行為；此外，Fe會加速H的吸收，易產生氫致裂紋，造成氫脆破壞。因此，在焊接鈦合金時要重視Fe的污染帶來的影響。
　　鈦的彈性模量較低，焊后很容易產生較大的焊接變形；鈦的冷變形回彈能力強，容易給矯形帶來困難。因此，在制訂焊接工藝時，必須考慮到如何預防焊接變形。
　　為了避免出現常見的焊接缺陷，同時保證焊縫的力學性能和耐腐蝕性，在焊接鈦及其合金時，必須制訂合理的焊接工藝，以確保焊接質量。目前常用的焊接鈦及鈦合金的工藝有鎢極氬弧焊、熔化較氬弧焊、等離子弧焊、電子束焊、激光束焊、釬焊等。鎢極氬弧焊是焊接鈦合金較常用的焊接方法，主要用于厚度在10mm以下的鈦及鈦合金的焊接。手工鎢極氬弧焊適應性較廣，焊接質量可靠，但對于厚板焊接效率較低、勞動強度較大。熔化較氬弧焊比鎢極氬弧焊的效率高，主要用于焊接厚板，但焊接過程中對工藝參數和焊接環境要求較高，否則容易產生氣孔。等離子弧焊接的厚度范圍比較寬，從薄板到厚板都可以采用，但焊接時應注意噴嘴的損傷。真空電子束焊也越來越多的用于鈦的焊接，由于在真空環境下，因此它能獲得高質量的焊接接頭，但同時由于需要在真空室中焊接，對工件的尺寸有所限制。與電子束、等離子束焊接相比，激光焊接具有熔池凈化效應，能純凈焊縫金屬，焊縫的機械性能等于或優于母材。對于某些微型、精密的零件也可以使用釬焊的方法來獲得

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