鈦及鈦合金具有密度小、比強度高、高低溫性能優(yōu)異、耐蝕性好等特點，在航空、航天、化工、冶金及艦船等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。目前焊接用鈦及鈦合金絲材(以下簡稱鈦焊絲)用量大約僅占鈦加工材用量的2%，其質(zhì)量直接關(guān)系到鈦制焊接設(shè)備的制造狀況，甚至關(guān)系到設(shè)備運行穩(wěn)定程度和壽命。低質(zhì)量的鈦焊絲將會降低整個鈦制焊接設(shè)備的塑性儲備，影響鈦制焊接設(shè)備的質(zhì)量水平。為保證鈦制設(shè)備焊接質(zhì)量，鈦焊絲的選用尤為重要。

1、鈦焊絲發(fā)展歷史

鈦焊絲從應(yīng)用初期至今經(jīng)歷了3個發(fā)展階段。

1.1應(yīng)用初期

我國鈦研究始于1954年，自20世紀(jì)60年代我國開始制造鈦制焊接容器以來，一直遵循著焊絲成分與母材相同的原則。 1970年制訂的第1批鈦材標(biāo)準(zhǔn)YB764-1970《鈦及鈦合金焊絲》中規(guī)定焊絲化學(xué)成分與YB761-1970《鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分》相同，實際上YB764—1970成了普通的結(jié)構(gòu)絲材;1983年鈦材標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一修訂為國家標(biāo)準(zhǔn)時，取消了鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)，制訂了GB3623-1983《鈦及鈦合金絲》標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)范圍中明確“本標(biāo)準(zhǔn)適用于耐蝕零件、電極材料和焊接材料等用途的鈦及鈦合金圓形絲材”，同時規(guī)定“絲材的化學(xué)成分符合GB3620-1983《鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分》的規(guī)定”，即化學(xué)成分完全和其他變形鈦及鈦合金材料相同，將普通結(jié)構(gòu)絲材用作焊絲;直到1999年以前，我國沒有雜質(zhì)成分低于普通鈦材的國家或行業(yè)鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)。此階段我國沒有真正的鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品，用結(jié)構(gòu)件絲充當(dāng)焊絲，使我國鈦焊絲處于世界較低水平。低質(zhì)量的鈦焊絲降低了整個鈦焊制設(shè)備的塑性儲備，大大拉低了我國鈦制設(shè)備的質(zhì)量水平。許多鈦設(shè)備生產(chǎn)商從母材鈦板上裁條作為鈦焊絲使用，使得我國鈦焊制部件的焊縫塑性和韌性比母材低得多，致使鈦焊縫開裂成了鈦設(shè)備的主要失效形式，鈦焊接接頭的彎曲試驗無法達(dá)標(biāo)的情況也時有發(fā)生。

1.2發(fā)展階段

1999年2月1日開始實施的GB/T 3623-1998《鈦及鈦合金絲》代替了GB3623—1983，標(biāo)準(zhǔn)中將鈦絲分成了結(jié)構(gòu)件絲和焊絲兩類，結(jié)構(gòu)件絲的化學(xué)成分按GBT3620.1—1994《鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分》執(zhí)行，焊絲則制訂了相對獨立的化學(xué)成分，包括了TA0，TA0ELI，TA1，TA1ELI，TA2，TA2ELI，TA3，TA3ELI，TA4，TA7、TA9，TA10，TC3，TC4共14個牌號，其雜質(zhì)成分比GB/T 3620.1-1994稍低。隨后JB/T 4745—2002《鈦制焊接容器》中也規(guī)定了STA0Ｒ，STA1Ｒ，STA2Ｒ，STA3Ｒ，STA9Ｒ，STA10Ｒ共6個牌號的焊絲規(guī)定。 至此，我國初步建立了專用的鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)體系，但鈦焊絲雜質(zhì)成分仍然比美、日等國鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)中的雜質(zhì)成分高，同時牌號有限。

1.3提高階段

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國鈦工業(yè)逐步與國際接軌，生產(chǎn)的鈦加工材在化學(xué)成分、力學(xué)性能以及其他特征指標(biāo)上基本達(dá)到了國外鈦加工材的先進(jìn)水平。 隨著2007年11月1日開始實施的GB/T 3623-2007《鈦及鈦合金絲》，調(diào)整了純鈦焊絲的化學(xué)成分，鈦焊絲要求也與AWS5.16中的基本保持一致;GJB9581-2018《鈦及鈦合金絲》的發(fā)布實施，標(biāo)志我國在軍民2個領(lǐng)域均已基本建立了適合中國的鈦及鈦合金焊絲標(biāo)準(zhǔn)體系，典型鈦焊絲材料化學(xué)成分對比見表1。同時伴隨GB/T 3623及JB/T 4745的修訂換版，鈦焊絲體系還將得到進(jìn)一步提高和完善。

表1 Ti-6Al-4V母材與焊絲化學(xué)成分對比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(%)

2、鈦及鈦合金焊絲標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

我國鈦及鈦合金焊絲生產(chǎn)主要采用中國國家標(biāo)準(zhǔn)、美國國家標(biāo)準(zhǔn)及俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)，涉及主要標(biāo)準(zhǔn)及牌號見表2。

美國鈦及鈦合金體系的建立，主要面向航空、航天工業(yè)。美國AWS焊絲材料標(biāo)準(zhǔn)，對美國涉及的鈦及鈦合金牌號均建立了對應(yīng)牌號的焊絲，且標(biāo)準(zhǔn)的更新速度較快。在現(xiàn)行版本中，對焊絲的代碼規(guī)定與ISO保持了統(tǒng)一，便于推廣使用。俄羅斯繼承了前蘇聯(lián)建立的鈦及鈦合金體系，主要服務(wù)于航空、航天、艦船和核工業(yè)，建立的焊絲標(biāo)準(zhǔn)，由于設(shè)計理念的差別，與美國及ISO鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)體系有所不同，主要用于前蘇聯(lián)地區(qū)及引進(jìn)俄羅斯鈦及鈦合金體系的國家。日本鈦及鈦合金體系主要服務(wù)民用市場，如化工、建材等領(lǐng)域，體系獨特性明顯，以耐蝕性材料為主，多為純鈦和低合金化鈦合金。建立的鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)體系與鈦及鈦合金加工體系相配套，同時焊絲牌號與編碼體系與ISO保持一致。我國的鈦工業(yè)進(jìn)程起步較晚，但通過仿制國外材料和自主研制的方式建立了完善的鈦及鈦合金體系，目前鈦及鈦合金牌號有100余個。鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)主要通過采用美國AWS，俄羅斯OCT190015等標(biāo)準(zhǔn)，同時加入了與自主研發(fā)鈦合金牌號相適應(yīng)的焊絲要求;我國生產(chǎn)的國際通用牌號鈦焊絲的性能指標(biāo)雖與國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)無差距，但缺少完善的質(zhì)量保證體系及配套焊接工藝。

表2典型鈦及鈦合金焊絲現(xiàn)行材料標(biāo)準(zhǔn)

3、存在問題

隨著社會的進(jìn)步，鈦設(shè)備使用壽命長、利于維修，有助于環(huán)境保護(hù)和降低原材料及能源消耗的優(yōu)點逐步被認(rèn)可，用鈦量急劇攀升，我國很多鈦加工企業(yè)已將鈦焊絲作為產(chǎn)品開發(fā)的重點，但還存在很多問題。

(1)焊絲牌號命名規(guī)則不統(tǒng)一，各標(biāo)準(zhǔn)制訂機構(gòu)制訂的焊絲標(biāo)準(zhǔn)均有不同的命名規(guī)則，不利于鈦制焊接設(shè)備的選材，有礙于鈦焊絲的生產(chǎn)組織及貿(mào)易，給鈦材和鈦焊絲的應(yīng)用推廣造成不便。

(2)我國焊絲標(biāo)準(zhǔn)以等同翻譯或修改采用ISO等國外標(biāo)準(zhǔn)制訂時，與國內(nèi)鈦及鈦合金體系不配套，同時并無制訂與之相配套的生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制檢驗體系及相關(guān)法規(guī)，無法得到國內(nèi)市場普遍認(rèn)可。

(3)設(shè)備制造廠家對鈦焊絲重視程度不足，對鈦焊絲材料、性能等基本知識缺乏科學(xué)認(rèn)識，不能正確選用焊絲，盲目認(rèn)為符合標(biāo)準(zhǔn)的就行，不了解焊絲生產(chǎn)廠家是否有相應(yīng)生產(chǎn)資質(zhì)，材料追溯性不強，導(dǎo)致出現(xiàn)由于焊絲原因而造成設(shè)備過早失效的事故時有發(fā)生。

(4)對鈦及鈦合金焊絲的研究力度不夠。對于鈦及鈦合金焊絲的纏繞工藝、表面處理工藝、自動焊工藝等都與世界先進(jìn)水平有很大差距。

4、展望

鈦焊絲作為影響焊接工藝質(zhì)量的重要材料，已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注。隨著我國鈦設(shè)備使用范圍的逐步擴大，鈦焊絲的使用量也會逐年增加，因此急需在以下幾方面取得進(jìn)展。

(1)完善現(xiàn)有鈦焊絲體系及焊接工藝，提高焊接質(zhì)量，促進(jìn)鈦制焊接結(jié)構(gòu)件在航空、航天等高端領(lǐng)域的應(yīng)用。

(2)為適應(yīng)自動化焊接設(shè)備的需要，急需開發(fā)大單重、高尺寸精度的優(yōu)質(zhì)鈦焊絲。

(3)提高我國鈦焊絲的質(zhì)量水平，焊絲的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要與國際接軌，并加強焊絲的標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)新工作。

參考文獻(xiàn):

［1］李德強，王樹森，包恩達(dá)．鈦合金材料在船舶材料上的應(yīng)用與發(fā)展［J］．世界有色金屬，2015(9):127－128．

［2］鄒武裝．鈦手冊［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012．

［3］陳娟．鈦及鈦合金的焊接［J］．鹽業(yè)與化工，2013，42(10):52－54．

［4］王牛俊．鈦及鈦合金焊接特性與工藝要點分析［J］．中國設(shè)備工程，2017(18):209－210．

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