钛合金零件焊接修复策略探析

钛合金零件焊接修复策略探析

谭壮锁  权维  程霞霞

中国船舶集团汾西重工有限责任公司  030027

摘要：得益于钛合金材料性能优异，在我国诸多领域得到广泛应用。通过对钛合金零件的有效修复，可在提升设备设施运行可靠性的同时，进一步增大其效益创造。本文从钛合金零件修复重要性分析入手，在此基础上阐明钛合金零件修复的具体策略。

摘要：钛合金；修复；焊接；零件

当前医疗器械、航空航天等领域中钛合金零件较为常见，而在实际使用过程中，受到多方面因素的影响，使得钛合金零件出现问题的概率较大，亟需通过焊接修复来提升设施设备整体稳定性。鉴于此，探讨如何借助有效策略来提升钛合金零件焊接修复效果，对促进钛合金零件功能与作用体现有着重要影响。

一、钛合金零件焊接修复重要性

现阶段航空航天、医疗等领域中钛合金材料发挥重要作用，而受到材料特性、外界环境等因素影响，钛合金零件不可避免出现受损情况。得益于焊接修复手段的有效应用，可实现：一是可减少资源浪费，有助于提升材料利用率。钛合金价格昂贵，若使用期间出现零件损坏情况，采用更换零件方式不仅成本高昂，亦会导致原材料大量浪费。对此可焊接修复，在保证零件完整性的前提下，实现节约资源成本[1]。二是延长零件的使用寿命，降低维护成本。实际使用期间，部分钛合金零件受到长时间工作、外部损伤等因素的影响，出现裂纹、磨损等问题的概率较大，影响零件使用寿命。对此可借助焊接修复方法及时修复损伤，延长零件使用寿命，以期将维护成本控制在预期范围内。三是提升零件使用安全。零件损坏极易导致安全事故发生，所以钛合金零件焊接修复面临较高要求。通过科学、有效焊接修复策略的实施，可在保证零件完整性和可靠性符合要求的前提下，加强对设备和人员安全的保障。

二、钛合金零件焊接修复策略

（一）氩弧焊接（TIG）

作为常用修复技术之一，氩弧焊接技术在钛合金零件修复中的应用，涉及以下流程：

（1）实施前准备。视情况对存在缺陷的钛合金零件进行彻底清洗和表面处理，确保焊接区域干净无杂质。同时，准备好所需的焊接设备、钨极、氩气（纯度99.99%）以上和焊接材料。

（2）设定焊接参数。结合对钛合金材料特性和零件具体情况的分析，合理设定焊接参数，包括电流、氩气流量、焊接速度、气体保护等，通过合理选择参数来提升焊接质量[2]。

（3）焊接操作。电弧焊接处理时，要求操作人员穿戴相应防护装备，启动焊接设备，焊枪起弧，通过控制焊枪的移动速度和焊接角度，将焊接材料逐渐熔化并与钛合金零件连接起来，形成均匀焊缝。

（4）检测与修正。焊接期间需不断检查焊接区域熔化情况和焊缝质量，及时发现问题并进行修正。若有需求需进行二次焊接或填补以确保焊接质量。

（5）冷却处理。焊接完成后对焊接区域进行适当冷却处理，避免过快冷却导致的应力集中、裂纹问题出现。冷却过程中需对温度变化进行合理控制，确保焊接接头符合稳定、可靠要求。

（6）后续处理。视情况对焊接修复后的钛合金零件进行表面处理和检验，确保修复质量符合要求。结合对实际情况的分析，通过必要热处理或涂层处理以提高零件的耐蚀性。

（二）激光焊接

在钛合金零件修复中激光焊接技术的应用，主要是借助激光束高能量密度，将焊接区域局部加热至熔化温度，通过激光束的聚焦和控制实现钛合金零件的精确焊接。激光焊接过程中热影响较小，可实现对焊接接头的高质量控制。相较于其他手段应用，激光焊接技术具有焊接速度快、热影响小、熔池深度可控等优势，并高精度、高效率的焊接，适用于对焊接质量和外观要求较高的钛合金零件修复。目前在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域得到广泛应用。如航空航天领域中，激光焊接可用于修复飞机机身结构中的钛合金零件；医疗器械制造领域中可用于修复人工关节中的钛合金部件。在具体焊接修复期间，激光焊接的应用需注意以下几点：（1）确定焊接参数：根据钛合金材料的种类、厚度和修复部位的具体情况，设定激光焊接的参数，具体涉及激光功率、焦距、焊接速度、扫描幅度及频率等。（2）控制焊接过程。焊接期间操作人员需实时监控焊接区域的熔化情况和焊缝形成，以加强焊接质量的控制[3]。并结合需要调整焦点位置和扫描幅度、频率，以加强对焊接深度、宽度、焊缝形状的控制。

（三）钎焊修复技术

作为钛合金零件修复主要手段之一，钎焊修复主要是利用焊接热源将钛合金焊材熔化并与被修复部位熔合，形成均匀焊缝。焊接后焊钎与基材结合紧密，以促进零件的完整性的恢复。相较于其他手段应用，钎焊修复技术具有操作简便、成本低廉、修复效果可靠等优势。通过对新材料的合理添加，有助于延长钛合金零件的使用寿命。在实际修复处理过程中，该技术应用涉及以下流程：（1）材料选择。钎焊修复前合理选择钛合金焊材，确保焊接材料与被修复零件的机械性能相同。（2）预处理工作。钎焊修复前视情况对损坏零件进行充分清洁，去除油污、氧化层和杂质等。（3）焊接操作。视情况将选定的钛合金焊材添加到损伤部位，采取火焰加热或电弧加热等方式将焊接材料熔化，与基材形成均匀的焊缝。修复期间要求人员操作人员合理控制加热温度和焊接速度，以加强焊接质量控制。（4）控制焊接速度和熔化深度，以确保焊接接头的强度、稳定性符合预期要求。（5）后续处理。焊接完成后对接头进行冷却处理，避免快速冷却引起的应力集中和裂纹产生

[4]。

三、钛合金零件焊接修复注意事项

为保证钛合金零件的修复符合预期要求，需在修复处理期间注意以下几点：一是损伤评估。要求人员提前对钛合金零件的损伤情况进行全面评估，具体涉及到对损伤位置、损伤类型、损伤程度等方面的评估，确定具体修复方案和方法。二是设备准备。在钛合金零件焊接修复前，按要求准备好相应焊接设备和工具，囊括焊接机器、焊接电极、保护气体等设备，确保焊接过程的顺利进行。三是焊接操作人员培训。焊接操作人员需接受专业培训，以加强对钛合金焊接技术要点和注意事项的掌握，并帮助操作人员掌握丰富的技术能力和经验，保证修复过程的质量和安全控制符合预期要求。四是防护涂层。为进一步提升钛合金零件的耐腐蚀性能和使用寿命，可在修复完成后涂覆防护涂层。在合理选择防护涂层的基础上，通过涂覆处理来有效延长零件的使用寿命。

结束语：

综上所述，钛合金零件修复关乎到机械设施设备的安全、长久运行。鉴于此，为保证零件修复效果符合预期要求，可在明确钛合金零件破损、受损情况的基础上，合理借助氩弧焊接、激光焊接、钎焊修复等手段来提升修复质量，并通过对焊接修复过程的严格把控，确保钛合金零件得以有效修复，继而为零件功能发挥提供保障。

参考文献：

[1] 李虎,于鹏,刘中海.钛合金典型零件有限元切削加工研究[J].环球市场, 2019, 000(003):386.

[2] 应俊龙,巢昺轩,熊曦耀.TC4钛合金激光增材修复工艺及性能研究[J].热加工工艺, 2020(023):049.

[3] 高峰,董宇,关峰,等.TA15M钛合金材料槽口结构电子束焊接精准修复技术研究[J].工具技术, 2021, 55(11):5.

[4] 常川川,李菊,李晓红.钛合金线性摩擦焊接头焊接缺陷分析[J].稀有金属材料与工程, 2021(010):050.