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摘要：船用钛合金材料的焊接工艺，是确保质量的重要前提。然而目前，由于工艺的不足，导致焊接中存在缺陷。基于此，本文探究船用钛合金材料的焊接问题及对策，在明确船用钛合金特征和在管道中的应用基础上，发现焊接时存在的问题。最后根据实际问题，提出焊接工艺的优化建议。
关键词：船用；钛合金材料；焊接问题
引言：钛合金材料具有较高的强度以及耐腐蚀性，并且加工型和延展性相对较好，适用于工业领域。而船舶加工材料需要涉及海水和腐蚀性等多方面的问题，应用钛合金材料，可以较好的满足其使用需求，尤其是在钛合金管道材料的选择和焊接环节更为重要[1]。然而现阶段，船用管道钛合金材料的焊接技术及应用仍然存在一定的不足，致使整体的焊接质量以及船舶质量受到至一定的影响[2]。基于此，探究船用管道钛合金材料的焊接问题具有重要的价值。
1 船用钛合金的特征及具体应用
船用钛合金在应用中，具有高电阻以及强度的特征，同时具有较高的抗腐蚀性。目前，船用的钛合金管道材料涉及多个方面，尤其是在管道的设计中，根据不同的强度使用需求，包括TC11、BT8、BT14、TC6和Ti70材料，可以提升整体的透声性能以及耐腐蚀性[3]。
2 船用钛合金材料焊接存在的问题分析
船用管道钛合金材料在焊接环节，由于工艺并不完善，致使其尚且存在较多的问题，具体问题如下：
2.1 管道接头容易出现裂缝
为了保证船舶的运行功能，在管道钛合金的材料选择中，需要确保材料整体性能、强度以及抗腐蚀性，同时要确保材料的使用寿命[4]。在钛合金材料的选择中，通常采用α合金，该类型钛合金材料具有较高的塑性以及强度，但是在具体应用中，并不能对材料进行热处理。致使在船舶的焊接环节，在出现多层焊接工艺的情况下，容易导致出现裂缝，对船舶的使用性能产生不利的影响。
2.2 管道接头性能达不到要求
在钛合金管道接头焊接环节，不仅需要保证接头的稳定性，而且需要保证管道的性能[5]。对船舶钛合金管道进行焊接工艺时，在焊缝中可以保留α或者α相，该材料的特性与β-α之间的转变具有直接的关联。在冷却速度相对较低的环境下，焊接时会产生片状表现，在较高的冷却速度下，则会形成针状的表现。在钛合金管道材料选择中，β元素的含量相对较少，在稳定性方面存在一定的不足，虽然在短期内达到钛合金α的使用需求，但是随着合金程度的不断提升，管道的稳定性必然无法达到设计的需求。
2.3 杂质容易对焊缝造成污染
在钛合金的焊接工艺中，裂缝中经常会出现杂质元素，尤其是对于钛元素而言，其具有较强的化学活性。在400℃的环境下，容易与空气以及氧化物进行结合，从而污染钛合金材料。在出现杂质污染问题时，会造成氧气、氮气、氢气以及碳元素等杂质，进而导致焊接接头的性能降低。钛元素与碳元素结合，会形成碳化钛，降低整体的硬度。在与氢元素结合，会产生氢化钛，影响管道的韧性，在与氧气和氮气结合时，会形成固溶体，同样会降低管道的整体强度。
2.4 焊接工艺不足影响疲劳性能
在焊接钛合金船舶管道时，容易出现焊接形状以及工艺不足而影响疲劳性能的特征。钛合金管道接头的疲劳应力系数α，与接头的形状以及工艺等因素存在直接的关联。
在焊接环节，通常容易出现气孔、未熔合以及咬边等焊接工艺缺陷不足等问题，会导致管道的疲劳强度受到直接的影响。在光滑试样时，系统疲劳次数约达到7×10-6次，但是在出现尖角过渡接头甚至垫板等情况下，疲劳次数甚至降低到1×10-4次，可见，工艺对船舶钛合金管道的疲劳性能具有直接的影响。
3 船用钛合金材料焊接优化建议
船用钛合金材料焊接时，由于焊接工艺等技术的不足，致使材料的性能受到一定的影响。基于此，需要对船舶钛合金管道的焊接工艺进行优化，具体策略如下：
2.1 提升船用钛合金焊接接头的抗裂性
船用钛合金管道在焊接工艺中，由于性能以及焊接等工艺的影响，导致管道接头容易出现裂纹。在此基础上，要进一步提升抗裂性。在焊接环节，降低焊缝中氢的含量，是降低应力，减缓裂缝的重要因素。在具体焊接环节，可以此阿勇CB1119-1996中的方法，对焊接工艺进行优化。如在22mm的TI80材料管道焊接环节，应用该技术，可以确保抗裂性的等级达到优秀，从而符合船用钛合金管道的焊接需求。
2.2 提升钛合金管道焊接性能
在船用钛合金管道焊接性能的设计中，缓慢冷却容易增加晶粒的尺寸，并且高速冷却环境下，容易造成塑性的降低。因此，在焊接工艺的设计中，裂纹尖端的钝化，可能会影响整体的性能。为了提升管道的整体性能，在焊接工艺的选择中，尽可能的采用小线能量的焊接工艺，同时要提升冷却速度，以便可以在最短的时间内获取α合金以及近α合金的组织，从而确保船舶钛合金管道焊接的整体性能。
2.3 降低焊缝杂质带来的污染
在船舶钛合金材料的焊接工艺中，容易出现杂质污染的现象，对整体的工艺以及质量带来了不利的影响。基于此，需要进一步降低杂质对管道性能带来的影响。目前，杂质主要来源于焊丝、保护气体、接口水分以及大气中的元素。在焊接工艺中，要求保护气体达到99.99%以上的纯度。对于400℃以上焊接工艺的保护，要应用惰性气体，如填充Ar等方式来实现。在杂质影响环节，如果为银白色或者淡黄色，则对接头影响不大，可以进一步焊接，如果为淡蓝色，则可以用钢丝球刷出，如果为紫蓝色以上，则应该考虑重新焊接，以此来确保船用钛合金管道的质量。
2.4 提升管道的抗疲劳性能
船用钛合金管道焊接技术中，经常会出现管道疲劳的问题。基于此，需要提升管道的抗疲劳性能。在处理过程中，需要从如下角度出发：第一，降低接头的应力系数，在焊接工艺中，尽可能选择对称性的接头，避免出现垫板，将焊接标准控制在最佳的范围内。第二，在焊接工艺中，要明确焊接工艺的技术标准，避免出现未熔合或者未焊透等现象的发生。第三，则要控制接头的氢含量，最大程度的提升管道的抗疲劳性能。
结论：本文主要探究船用钛合金管道的焊接工艺问题及对策，针对接头裂缝问题，要提升接头的抗裂性；针对性能问题，要提升接头的性能；针对杂质污染问题，要进一步降低污染；针对疲劳性能问题，要提升抗疲劳性能。希望通过本文的研究，可以为船用钛合金管道的焊接优化问题提供可行性借鉴。
参考文献
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[3]王维新，付兴柏，刘巨峰，等.GTi70与TC4异种钛合金材料激光焊缝组织与性能分析[J].焊接学报，2019，040(003):133-139.
[4]施方乐，黄雷.钛及钛合金管氩弧焊焊接保护罩设计[J].机电设备，2019，288(01):41-43.
[5]杨烁，宋文清，曲伸，等.薄壁TC4钛合金激光焊缝成形试验研究[J].焊接，2019，547(01):11-17.