钛及钛合金具有密度小、比强度高、高低温性能优异、耐蚀性好等特点，在航空、航天、化工、冶金及舰船等领域有广泛的应用［1－3］。目前焊接用钛及钛合金丝材(以下简称钛焊丝)用量大约仅占钛加工材用量的2%，其质量直接关系到钛制焊接设备的制造状况，甚至关系到设备运行稳定程度和寿命［4］。低质量的钛焊丝将会降低整个钛制焊接设备的塑性储备，影响钛制焊接设备的质量水平。为保证钛制设备焊接质量，钛焊丝的选用尤为重要。

1、钛焊丝发展历史

钛焊丝从应用初期至今经历了3个发展阶段。

1.1应用初期

我国钛研究始于1954年，自20世纪60年代我国开始制造钛制焊接容器以来，一直遵循着焊丝成分与母材相同的原则。1970年制订的第1批钛材标准YB764—1970《钛及钛合金焊丝》中规定焊丝化学成分与YB761—1970《钛及钛合金牌号和化学成分》相同，实际上YB764—1970成了普通的结构丝材;1983年钛材标准统一修订为国家标准时，取消了钛焊丝标准，制订了GB3623—1983《钛及钛合金丝》标准，标准范围中明确“本标准适用于耐蚀零件、电极材料和焊接材料等用途的钛及钛合金圆形丝材”［5］，同时规定“丝材的化学成分符合GB3620—1983《钛及钛合金牌号和化学成分》的规定”，即化学成分完全和其他变形钛及钛合金材料相同，将普通结构丝材用作焊丝;直到1999年以前，我国没有杂质成分低于普通钛材的国家或行业钛焊丝标准。

此阶段我国没有真正的钛焊丝标准与产品，用结构件丝充当焊丝，使我国钛焊丝处于世界较低水平。低质量的钛焊丝降低了整个钛焊制设备的塑性储备，大大拉低了我国钛制设备的质量水平。许多钛设备生产商从母材钛板上裁条作为钛焊丝使用，使得我国钛焊制部件的焊缝塑性和韧性比母材低得多，致使钛焊缝开裂成了钛设备的主要失效形式，钛焊接接头的弯曲试验无法达标的情况也时有发生。

1.2发展阶段

1999年2月1日开始实施的GB/T3623—1998《钛及钛合金丝》代替了GB3623—1983，标准中将钛丝分成了结构件丝和焊丝两类，结构件丝的化学成分按GB/T3620.1—1994《钛及钛合金牌号和化学成分》执行，焊丝则制订了相对独立的化学成分，包括了TA0，TA0ELI，TA1，TA1ELI，TA2，TA2ELI，TA3，TA3ELI，TA4，TA7、TA9，TA10，TC3，TC4共14个牌号，其杂质成分比GB/T3620.1—1994稍低。随后JBT4745—2002《钛制焊接容器》中也规定了STA0Ｒ，STA1Ｒ，STA2Ｒ，STA3Ｒ，STA9Ｒ，STA10Ｒ共6个牌号的焊丝规定。

至此，我国初步建立了专用的钛焊丝标准体系，但钛焊丝杂质成分仍然比美、日等国钛焊丝标准中的杂质成分高，同时牌号有限。

1.3提高阶段

进入21世纪后，我国钛工业逐步与国际接轨，生产的钛加工材在化学成分、力学性能以及其他特征指标上基本达到了国外钛加工材的先进水平。随着2007年11月1日开始实施的GB/T3623—2007《钛及钛合金丝》，调整了纯钛焊丝的化学成分，钛焊丝要求也与AWS5.16中的基本保持一致;GJB9581—2018《钛及钛合金丝》的发布实施，标志我国在军民2个领域均已基本建立了适合中国的钛及钛合金焊丝标准体系，典型钛焊丝材料化学成分对比见表1。同时伴随GBT3623及JB/T4745的修订换版，钛焊丝体系还将得到进一步提高和完善。

2、钛及钛合金焊丝标准现状

我国钛及钛合金焊丝生产主要采用中国国家标准、美国国家标准及俄罗斯标准，涉及主要标准及牌号见表2。美国钛及钛合金体系的建立，主要面向航空、航天工业。美国AWS焊丝材料标准，对美国涉及的钛及钛合金牌号均建立了对应牌号的焊丝，且标准的更新速度较快。在现行版本中，对焊丝的代码规定与ISO保持了统一，便于推广使用。俄罗斯继承了前苏联建立的钛及钛合金体系，主要服务于航空、航天、舰船和核工业，建立的焊丝标准，由于设计理念的差别，与美国及ISO钛焊丝标准体系有所不同，主要用于前苏联地区及引进俄罗斯钛及钛合金体系的国家。日本钛及钛合金体系主要服务民用市场，如化工、建材等领域，体系独特性明显，以耐蚀性材料为主，多为纯钛和低合金化钛合金。建立的钛焊丝标准体系与钛及钛合金加工体系相配套，同时焊丝牌号与编码体系与ISO保持一致。

我国的钛工业进程起步较晚，但通过仿制国外材料和自主研制的方式建立了完善的钛及钛合金体系，目前钛及钛合金牌号有100余个。钛焊丝标准主要通过采用美国AWS，俄罗斯OCT190015等标准，同时加入了与自主研发钛合金牌号相适应的焊丝要求;我国生产的国际通用牌号钛焊丝的性能指标虽与国外先进标准无差距，但缺少完善的质量保证体系及配套焊接工艺。

3、存在问题

随着社会的进步，钛设备使用寿命长［6］、利于维修，有助于环境保护和降低原材料及能源消耗的优点逐步被认可，用钛量急剧攀升，我国很多钛加工企业已将钛焊丝作为产品开发的重点，但还存在很多问题。

(1)焊丝牌号命名规则不统一，各标准制订机构制订的焊丝标准均有不同的命名规则，不利于钛制焊接设备的选材，有碍于钛焊丝的生产组织及贸易，给钛材和钛焊丝的应用推广造成不便。

(2)我国焊丝标准以等同翻译或修改采用ISO等国外标准制订时，与国内钛及钛合金体系不配套，同时并无制订与之相配套的生产工艺、质量控制检验体系及相关法规，无法得到国内市场普遍认可。

(3)设备制造厂家对钛焊丝重视程度不足，对钛焊丝材料、性能等基本知识缺乏科学认识，不能正确选用焊丝，盲目认为符合标准的就行，不了解焊丝生产厂家是否有相应生产资质，材料追溯性不强，导致出现由于焊丝原因而造成设备过早失效的事故时有发生。

(4)对钛及钛合金焊丝的研究力度不够。对于钛及钛合金焊丝的缠绕工艺［7］、表面处理工艺、自动焊工艺［8］等都与世界先进水平有很大差距。

4、展望

钛焊丝作为影响焊接工艺质量的重要材料，已经得到了广泛关注。随着我国钛设备使用范围的逐步扩大，钛焊丝的使用量也会逐年增加，因此急需在以下几方面取得进展。

(1)完善现有钛焊丝体系及焊接工艺，提高焊接质量，促进钛制焊接结构件在航空、航天等高端领域的应用。

(2)为适应自动化焊接设备的需要，急需开发大单重、高尺寸精度的优质钛焊丝。

(3)提高我国钛焊丝的质量水平，焊丝的质量控制标准要与国际接轨，并加强焊丝的标准化创新工作。

参考文献:

［1］李德强，王树森，包恩达．钛合金材料在船舶材料上的应用与发展［J］．世界有色金属，2015(9):127－128．

［2］邹武装．钛手册［M］．北京:化学工业出版社，2012．

［3］陈娟．钛及钛合金的焊接［J］．盐业与化工，2013，42(10):52－54．

［4］王牛俊．钛及钛合金焊接特性与工艺要点分析［J］．中国设备工程，2017(18):209－210．

［5］周明科，孟庆林，张延生，等．GBT3623—1998钛及钛合金丝［S］．

［6］韦生，费东，田雷，等．钛及钛合金焊接工艺探讨［J］．焊接技术，2013，42(4):73－75．

［7］徐荣华．焊丝生产中翘距与松弛直径控制［J］．金属制品，2013，39(1):6－7．

［8］宋艳明，董萌，刘若龙．自动焊接在机械焊接中的应用［J］．科技创业家，2013(14):58．

作者简介:胡志杰(1980—)，男，硕士，高级工程师，主要从事钛及钛合金材料加工及标准化研究．

相关链接