钛是地壳中储量十分丰富的元素，属于第四位，它是一种非磁性的有色金属，由于钛具有抗拉强度高（44Mpa-1.47GPa）质量轻、良好的塑性焊接性和耐腐蚀性，可以耐大多数酸、碱、盐的腐蚀，可代替尿素设备中的超低碳不锈钢，其耐尿素腐蚀力比超低碳不锈钢要强 10 倍，因此，近年来钛制设备被越来越广泛应用于许多部门，特别是石油化工等工业腐蚀较严重的场合。但是，由于钛的化学性能极为活泼，易与氧、氮、碳等元素反应，形成稳定的化合物，因此，钛材在冷热成形，机械加工及焊接方面都有与钢不同的特点。
一、冷热成形
1、筒体冷卷形成
钛制设备筒体的冷卷成形在具体操作上有特殊要求，卷板机的辊子表面应当非常干净，最好在钛极上垫一层不锈钢薄板，以保护钛板表面不被污染及损伤。另外，由于钛的回弹性较好，在筒体纵缝组对时应考虑它的回弹量，防止产产生较大的组对应力。
2、机械加工
一台钛设备的制造需要大量的机械加工，如法兰、管板、折流板的加工、焊接坡口的加工等。钛的机械加工应采用较大的进刀量和较低的切削速度，在切削过程中不得停止走刀，并要使用足够的切削润滑液来冷却。润滑液应避免使用氧化油，以防止工件被氧化。当采用砂轮进行局部修整时，只能采用橡胶或尼龙掺和氧化铝的砂轮，不能使用碳化硅砂轮（防止磨粒脱落而使钛增碳），也不能用打磨过碳钢的砂轮，以防止铁污染，并要掌握力度，防止钛材过热。
3、封头热成形
封头冲压尽量采用热成或冷成形后热较形。工业纯钛低温热成形和热校形的加热温度为 177~325℃；钛合金为 427±15℃。工业纯钛高温热成形的加热温度为 550~750℃,但最高温度不得高于β相的转变温度882℃（β相钛合金除外）。
由于钛的化学性能极为活泼，在高温状态下更易氧化，因此，封头进行热加工时必须注意下列事项：
1）加热前应将工件表面的油污和其它附着物全部清除干净，在工件进行高温（350℃以上）热加工以后，不再进行机械加工时，其表面可涂以耐高温涂料，以防止表面被氧化、污染。
2）加热一般应采用电炉，加热要均匀。
为防止工件在冲压过程中被划伤或粘模，钛材表面所涂润滑剂的摩擦系数应是比较高的。
二、钛及钛合金的焊接性
由于钛的化学性能极为活泼，600℃以上就会急剧地和氧、氮化合，1000℃以上就会大量与碳形成脆性化合物，熔融状态下几乎能和任何元素起化合作用，因此，不能采用手工电弧焊、气焊等方法，必须采用惰性气体双面保护电弧焊或等离子焊接。此外，在焊接方面还具有以下特点：
1、容易沾污，引起脆化
在常温下，钛就能与氧生成致密的氧化膜。而在 540℃以上生成的氧化膜则不致密。在焊接过程中，液态熔滴和熔池金属具有强烈吸收氢、氧、氮的作用，而且在固态下，这些气体元素的作用就开始发生，大约从 250℃开始吸收氢，从 400℃开始吸收氧，从 600℃开始吸收氮。而且，将随着温度升高，吸收能力不断增强。焊接时若保护不好，气体元素和钛作用都将使焊缝金属和高温近缝区的塑性降低，特别是冲击韧性大大降低，引起焊接接头和脆化，成为焊接接头的主要问题。
防止上述问题的措施是：严格控制缝中氢、氧、氮和碳的含量，熔化焊时用氩气双面保护焊接熔池，选择合理的冷却速度，避免焊接接头晶粒粗化、力争获得塑性和韧性比较好的焊接接头。
2、气孔
钛及钛合金焊接时，气孔是最常见的焊接缺陷，经常出现在熔合线附近，氢是形成气孔的主要气体。
由于钛的吸氢能力很强，所以氢在高温作用下极易被液态钛吸附和溶解。
防止上述问题的措施是：（1）严格控制氢的来源，彻底深除焊件表面，焊丝表面上的氧化皮、油污等有机物。（2）保护氩气要纯，纯度应不低于 99.99%。（3）对熔池施以良好的气体保护，控制好氩气的流量及流速，防止产生紊流现象，影响保护效果。（4）选择不宜过大的焊接电流和过快的焊接速度，采用慢送丝，薄焊层的焊接工艺。
3、焊接接头裂纹问题
钛及钛合金焊接时，热影响区在焊后一段时间内，有出现裂纹的可能，其原因是氢由高温熔池向较低温度的热影响区扩散，随着含氢量的提高，氢原子向该区的高应力部位扩散及聚集，以致最后形成裂纹。防止上述问题的措施是：主要是减少焊接接头的氢的来源。
三、焊接
1、母材及焊材纯度要高
由于氧、氮、碳、氢能使钛焊缝变脆，冲击韧性降低，因此，要求母材及焊丝中的杂质含量必须严格控制在技术条件范围内，如母材及焊丝的含碳量必须低于 0.15%，含氢量必须低于 0.01%，氩气纯度不应低于 99.99%。
2、对焊接设备的要求严
焊接设备宜采用性能稳定的直流氩弧焊机，且必须附有高频引弧装置和电流衰减装置。
3、必须采用特殊的焊接保护措施
采用喷嘴直径在Ф12~20mm 范围内的焊炬，喷出的气体应保持稳定的层流。同时要采用一些特殊的保护措施，使 400℃以上的区域处于气体保护之下。图 1 为筒体纵焊缝氩气保护盒，图 2 为环焊缝氩气保护盒。
保护盒使用前应在 150~200℃范围内烘干，氩气输送系统应保持干燥。焊前应提前送气进行置换，氩气输送管应使用致密的塑料管而不得使用橡胶管。
4、严格的焊接坡口及焊丝的清洁工作
焊接坡口必须采用机械方法加工，并除去所有毛刺和其它异物。
坡口两侧母材至少 25mm 范围内应采用不锈钢钢丝刷清除漆皮、污垢、金属粉尘和其它杂物，除去氧化膜时宜用砂轮。焊前要用蘸有乙醇或丙酮的海棉或白绸布擦洗坡口及附近表面，彻底脱脂，但不宜用甲醇、三氯乙烯和四氯化碳等溶剂，也不宜使用棉质和化纤制品。擦拭应进行到没有污染颜色为止。清洗后的坡口应立即焊接，不得跨班和过液，否则，还应重新进行清理工作。
5、焊接工艺的严格性
组对夹具应选用良好导热性能的材料制作。定位焊时，应采用与正式焊接相同的规范和保护措施。
焊工焊接时必须带手套，手套应是清洁无油、干燥的。正式焊接前先在引弧板上连续焊五点，各点颜色均匀为银白色为气体保护合格；若任一点有变化，则应再连续焊 5 点，直到全部合格为止。
焊速控制在 3~5cm/min 内，焊炬应与焊缝保持垂直，焊接层间温度应控制在低于 150℃。焊丝热端必须始终处于氩气保护之下，每次施焊前必须切去焊丝端部被氧化部分。如果焊道表面被污染，在进行下道焊接之前，应进行机械清理和脱脂，污染层务必清除干净后才允许下一道的焊接。
四、焊接检验
就保护效果而言，可用焊接接头的颜色来鉴别。
详见下表：
焊缝探伤与其它金属一样，可采用射线、超声波等无损检验方法。
五、结论
钛及钛合金焊接的气体保护问题是影响焊接接头质量的首要因素，通过钛换热器制造的实践，对钛设备的制造有了认识。虽然它的制造和焊接条件十分苛刻，但只要掌握钛材特点，制定正确合理的制造，焊接工艺、采取一些必要的措施，是完全可以制造出高质量的钛制设备的。
参 考 文 献
[1]《熔焊原理》机械工业出版社
[2] 化工部《钛制设备设计技术规定》
[3]《机械工程手册》机械工业出版社
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