钛具有比强度高、耐海水及其他介质的腐蚀、耐低温，以及高温下具有高的疲劳强度、低的膨胀系数、良好的可加工性等优点，用其建造的结构在任何自然环境中都能充分发挥其作用。在舰船应用中，除利用其耐海水腐蚀和高比强度特点外，还有无磁、透声、抗冲击震动等优点，钛及钛合金在舰船中的使用大大延长了设备的使用寿命，减轻了重量，提升了设备及整舰船的技术战术性能，因此钛是一种优秀的舰船结构材料[1-3]。
    焊接作为一种重要的金属加工工艺，在工业生产和国防建设中起着重要作用。随着产业结构的变化和科学技术的发展，先进的焊接结构是降低材料消耗，减轻结构质量的有效途径，各种焊接技术有着广阔的应用前景。随着钛工业的发展，其焊接技术也越来越引起人们的重视。钛的熔点较高、导热性较差，因此在焊接时易因参数选用不当形成较大的熔池，并且熔池温度高，这使得焊缝及热影响区金属在高温停留的时间较长，晶粒长大倾向明显，使接头塑性和韧性降低，导致产生裂纹。所以钛及钛合金的焊接工艺方法是一个需要不断解决完善的问题。

钛及其合金焊接特点

1 钛及其合金的物理化学性能
    钛具有2种同素异形体，分别以α和β来表示，转变温度为882.5℃，其低温晶体α为密排六方晶格，在882.5℃以上稳定的β晶体为体心立方晶格。
    钛的导热性较差，其导热系数比不锈钢略低。当钛中存在杂质时，其导热系数则有所下降。表1列出了工业纯钛与其他金属材料主要物理性能的比较。

2 钛合金的焊接组织
    工业纯钛及α钛合金的焊接组织在常温下是单相，根据冷却速度的不同，生成锯齿状或针状组织。各种机械性能与母材相比没有大的变化，焊接性能良好。α+β钛合金在从β相冷却的过程中，形成马氏体（α'相），α'相的数量和性质按合金组成和冷却速度发生变化。一般情况下，随α' 相的增加，合金的延伸性、韧性降低，即使是焊接性良好的Ti-6Al-4V，当β稳定元素钒含量在5%以上时，焊接性能下降。β钛合金的马氏体生成温度低于室温，焊接处是亚稳定β相，所以焊接性不劣化。但因合金元素添加过多，往往缺乏延伸性。另外，时效和冷加工使合金强度提高，而焊接会使强度有所损失，故不大采用焊接接合[4]。

3 钛合金的焊接缺陷

3.1 焊接接头区的脆化
    钛及钛合金焊接区易受气体等杂质的污染而产生脆化。造成脆化的主要元素有O、N、H、C 等。常温下钛及钛合金比较稳定，但随着温度的升高，钛及钛合金吸收O、N、H 的能力也随之明显上升。Ti从250℃开始吸收氢，从400℃开始吸收氧，从600℃开始吸收氮。氮和氧对接头强度和弯曲塑性影响较大，随着焊缝中氮氧含量的增加，接头强度升高，弯曲塑性降低，氮的影响大于氧。氢主要影响接头的冲击韧性。

3.2 焊接区裂纹倾向
   （1）热裂纹。
    由于钛及钛合金中含S、P、C 等杂质较少，很少有低熔点共晶在晶界处生成，而且结晶温度区间很窄，焊缝凝固时收缩量小，因此热裂纹敏感性低。
   （2）冷裂纹和延迟裂纹。
    当焊缝含氧、氮量较高时，焊缝性能变脆，在较大的焊接应力作用下，会出现裂纹，这种裂纹是在较低温度下形成的。
    在焊接钛合金时，热影响区有时也会出现延迟裂纹，氢是引起延迟裂纹形成的主要原因。防止延迟裂纹的办法，主要是减少焊接接头处氢的来源，必要时可进行真空退火处理，以减少焊接接头的氢含量。

3.3 焊缝气孔
    气孔是钛及钛合金焊接中较为常见的缺陷，O2、N2、H2、CO2、H2O都可能引起气孔。钛及钛合金焊缝气孔大多分布在熔合区附近，这是钛及钛合金气孔的一个特点。 焊缝中的气孔不仅造成应力集中，而且使气孔周围金属的塑性降低，甚至导致整个焊接接头的断裂破坏，因此须严格控制气孔的生成[5]。

钛及其合金焊接方法与研究现状

1 钨极氩弧焊
    钨极氩弧焊是钛及其合金最常用的方法, 它是连接薄板和打底焊的一种极好的方法，通过选用合适的工艺参数可以实现较为良好的焊接。其不足是焊速较慢、焊件变形较大、焊缝组织较粗大[6]；焊缝中易生产气孔以及钨夹杂等焊接缺陷；焊接过程易出现气体保护不良而影响焊缝质量等。TIG焊的脉冲频率对钛合金的晶粒尺寸和形态都有影响，脉冲频率过高或过低时，焊缝区均为柱状晶，强度较低，频率适中时为等轴晶，对应的强度也高一些。近些年来印度对钛合金的TIG 焊研究相对较为全面[7]。
    M. Balasubramaniana 等通过对钛合金（Ti-6Al-4V）进行脉冲电弧焊实验研究发现晶粒尺寸和硬度与焊接参数之间具有如下关系:
    晶粒尺寸G S = 81.43-18.33P -14.17B-10.83F+15T+25.68P2+18.18B2 + 61.93F2 +25.68T2；硬度H=472.15+8.54P-6.87B+4.38F-5.62T 17.57P2-12.57B2-36.32F2 -15.07T2 + 1.56PF。
    其中，P表示峰值电流，A；B表示基值电流，A；F表示频率，Hz；T表示时间。经过试验测定，该模型预测晶粒尺寸和硬度的准确率可以达到99% 的水平[8]。