鈦及鈦合金焊絲作為高性能的焊接填充材料，是實(shí)現(xiàn)鈦構(gòu)件可靠連接的關(guān)鍵。通過(guò)熔焊過(guò)程，它熔化并與母材共同形成焊縫，其化學(xué)成分、純凈度及物理性能直接決定了焊接接頭的強(qiáng)度、塑性、耐腐蝕性及長(zhǎng)期服役可靠性。隨著高端制造領(lǐng)域?qū)p量化、高可靠性和極端環(huán)境適應(yīng)性的要求不斷提高，鈦焊絲的重要性日益凸顯，其技術(shù)發(fā)展水平是衡量一個(gè)國(guó)家先進(jìn)焊接制造能力的重要標(biāo)志之一。
一、 定義與材質(zhì)
定義
焊接材料用鈦絲，特指用于鈦及鈦合金熔焊（如TIG、MIG、激光填絲焊、等離子焊等）的實(shí)心或藥芯填充金屬材料。在焊接熱源作用下，焊絲熔化形成熔池，冷卻結(jié)晶后與母材形成冶金結(jié)合，構(gòu)成焊縫金屬的主體。其核心作用是精確補(bǔ)償合金元素、填補(bǔ)接頭間隙、調(diào)控焊縫微觀(guān)組織，并最終確保焊接接頭達(dá)到或接近母材的性能指標(biāo)。
主要材質(zhì)與牌號(hào)體系
鈦焊絲的材質(zhì)體系與所焊接的鈦合金母材相匹配，主要分為純鈦焊絲和鈦合金焊絲兩大類(lèi)，并可通過(guò)藥芯形式實(shí)現(xiàn)功能復(fù)合。
| 類(lèi)別 | 典型牌號(hào) (國(guó)標(biāo)示例) | 核心特性與設(shè)計(jì)目的 | 主要應(yīng)用場(chǎng)景 |
| 工業(yè)純鈦焊絲 | TA1, TA2, TA1-1 | 塑性、韌性、焊接性?xún)?yōu)良，耐腐蝕性（尤其是氧化性介質(zhì)）突出。強(qiáng)度相對(duì)較低。 | 石油化工、海洋工程中耐蝕結(jié)構(gòu)焊接，食品級(jí)設(shè)備焊接。 |
| α及近α鈦合金焊絲 | TA28 (對(duì)應(yīng)TA4) | 良好的高溫蠕變強(qiáng)度和焊接性，組織穩(wěn)定。 | 高溫工況部件焊接。 |
| α+β鈦合金焊絲 | TC4 (Ti-6Al-4V) | “萬(wàn)能合金”焊絲，強(qiáng)度、塑性、耐熱性、可焊性綜合最優(yōu)，應(yīng)用最廣。 | 航空航天結(jié)構(gòu)件、高強(qiáng)耐蝕工業(yè)部件。 |
| TC4 ELI | TC4的超低間隙元素版本，擁有更優(yōu)的低溫韌性和抗裂紋擴(kuò)展能力。 | 航空航天關(guān)鍵承力部件、低溫環(huán)境設(shè)備。 |
| TC2 | 一種中等強(qiáng)度的α+β合金焊絲。 | 通用結(jié)構(gòu)焊接。 |
| β鈦合金焊絲 | TB2 | 可通過(guò)固溶時(shí)效獲得超高強(qiáng)度，但焊接熱循環(huán)控制復(fù)雜。 | 對(duì)強(qiáng)度有極端要求的特殊部件。 |
| 藥芯鈦合金焊絲 | Ti-Al-V-Mo系等 | 藥芯內(nèi)可包裹合金粉、造渣劑、脫氧劑，實(shí)現(xiàn)成分靈活設(shè)計(jì)、組織細(xì)化、性能優(yōu)化。研究表明，其焊縫組織更細(xì)，各向異性低，沖擊韌性可顯著優(yōu)于實(shí)心焊絲。 | 大厚度構(gòu)件高效焊接（如窄間隙焊）、特殊性能焊縫定制、先進(jìn)增材制造。 |
二、 關(guān)鍵性能特點(diǎn)
焊接用鈦絲的性能核心在于保障焊縫金屬的質(zhì)量，其要求可概括為 “冶金純凈”、“性能匹配”、“工藝穩(wěn)定”。
優(yōu)異的焊縫金屬力學(xué)性能：焊絲需確保焊縫具有與母材相匹配或更優(yōu)的強(qiáng)度、塑性和韌性。例如，TC4焊絲的目標(biāo)是使焊縫強(qiáng)度達(dá)到母材水平。藥芯焊絲通過(guò)細(xì)化晶粒，可進(jìn)一步提升焊縫的強(qiáng)韌性匹配。
卓越的耐腐蝕性：焊縫的耐腐蝕性必須與母材等同。這要求焊絲雜質(zhì)含量極低，且成分設(shè)計(jì)能保證焊縫在服役介質(zhì)（如海水、化工介質(zhì)）中形成穩(wěn)定保護(hù)膜。
極高的氣體敏感性及純凈度要求：鈦在高溫下極易與氫、氧、氮發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致焊縫脆化（硬度升高、塑性劇降）。因此，鈦焊絲對(duì)間隙元素（O、N、H）含量有極其嚴(yán)格的限制，必須采用高純?cè)虾吞厥夤に囍苽湟越档蜌浜俊：附訒r(shí)需用高純惰性氣體（如≥99.999% Ar）嚴(yán)密保護(hù)。
良好的焊接工藝性：包括穩(wěn)定的熔滴過(guò)渡、飛濺小、焊縫成形美觀(guān)、脫渣性好（針對(duì)藥芯焊絲）。送絲過(guò)程需順暢無(wú)阻，這對(duì)焊絲的表面光潔度、直線(xiàn)度和纏繞均勻性提出了要求。
精確的成分與組織調(diào)控能力：通過(guò)焊絲成分精確補(bǔ)償焊接熱循環(huán)造成的合金元素?zé)龘p，并調(diào)控焊縫的相組成。藥芯焊絲在此方面具有更大靈活性，可設(shè)計(jì)出具有特定微觀(guān)組織（如細(xì)小板條馬氏體）的焊縫。
三、 主要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
鈦焊絲的生產(chǎn)與檢驗(yàn)遵循嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)體系，其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是核心依據(jù)。
核心產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《GB/T 30562-2014 鈦及鈦合金焊絲》 是國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，修改采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 24034:2010。它規(guī)定了焊絲的分類(lèi)、型號(hào)、化學(xué)成分、力學(xué)性能、表面質(zhì)量及試驗(yàn)方法，是行業(yè)生產(chǎn)與驗(yàn)收的根本準(zhǔn)則。
基礎(chǔ)材料標(biāo)準(zhǔn)：《GB/T 3623-2022 鈦及鈦合金絲》 涵蓋了包括焊絲在內(nèi)的各種用途鈦絲材的通用技術(shù)要求，如尺寸偏差、力學(xué)性能等。
專(zhuān)用工藝規(guī)范：如中國(guó)焊接協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《大厚度鈦合金窄間隙激光填絲焊接推薦工藝規(guī)范》中，明確規(guī)定所用焊絲需符合GB/T 30562的要求，并對(duì)焊絲直徑（1.0-1.6mm）、送絲角度（45°-65°）等工藝參數(shù)做了具體限定。
四、 加工工藝、關(guān)鍵技術(shù)及流程
高品質(zhì)鈦焊絲的制備是精密控制冶金質(zhì)量與幾何尺寸的過(guò)程。
1. 核心加工流程
以實(shí)心焊絲為例，其通用流程如下：
高純?cè)希ê＞d鈦/合金元素）→ 配料 → 真空熔煉（VAR或EB） → 鍛造開(kāi)坯 → 熱軋/溫軋制棒 → 多道次冷拉拔 → 中間退火（去應(yīng)力/再結(jié)晶） → 重復(fù)拉拔至目標(biāo)直徑 → 最終熱處理 → 表面拋光/清洗 → 纏繞包裝 → 檢測(cè)。
2. 關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)
超純凈熔煉技術(shù)：采用真空自耗電弧爐（VAR） 或電子束冷床爐（EB）進(jìn)行熔煉，有效去除低沸點(diǎn)雜質(zhì)并獲得成分均勻的鑄錠，這是高純凈度的基礎(chǔ)。
精密冷變形與退火技術(shù)：這是獲得高尺寸精度、優(yōu)異表面和性能的關(guān)鍵。通過(guò)多道次、小變形量的冷拉拔，配合氣氛保護(hù)在線(xiàn)退火（如在氬氣保護(hù)下進(jìn)行），在消除加工硬化的同時(shí)防止表面氧化。專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)優(yōu)化不同拉拔階段的變形量設(shè)計(jì)，可提高效率并降低氫含量。
藥芯焊絲制備技術(shù)：將合金粉末按設(shè)計(jì)配方填入特制鈦帶，經(jīng)多道次軋拔成形。關(guān)鍵技術(shù)在于粉體成分設(shè)計(jì)、填充率精確控制及界面結(jié)合質(zhì)量。
表面處理與潔凈控制：通過(guò)化學(xué)拋光或機(jī)械拋光去除表面氧化層和缺陷，獲得光潔表面，確保送絲穩(wěn)定并減少焊接氣孔。全過(guò)程需在潔凈環(huán)境中進(jìn)行，防止污染。
五、 具體應(yīng)用領(lǐng)域
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 典型部件與工況 | 焊絲選擇與技術(shù)要求 |
| 航空航天焊接 | 發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)匣、葉片、機(jī)身框架、起落架、火箭燃料貯箱。承受高應(yīng)力、疲勞載荷及高低溫循環(huán)。 | 以 TC4、TC4 ELI 焊絲為主流，追求焊縫高比強(qiáng)度、優(yōu)異疲勞性能、高損傷容限。廣泛采用激光填絲焊、真空電子束焊等自動(dòng)化精密工藝。對(duì)焊絲純凈度和批次一致性要求極嚴(yán)。 |
| 石油化工焊接 | 換熱器、反應(yīng)器、塔器、管道。接觸高溫高壓及強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)（如Cl?、H?S）。 | 大量使用 TA1、TA2 純鈦焊絲 焊接純鈦設(shè)備。對(duì)于合金設(shè)備，選用匹配的耐蝕合金焊絲（如TA9）。核心要求是焊縫耐蝕性與母材100%等同，確保長(zhǎng)期安全無(wú)泄漏。 |
| 海洋工程焊接 | 深海潛器耐壓殼、海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)、海水管路。承受高壓、高鹽、低溫及微生物腐蝕。 | 使用 TC4、TA5 等中高強(qiáng)度合金焊絲。大厚度焊接是特點(diǎn)，窄間隙激光填絲焊是高效優(yōu)質(zhì)解決方案，要求焊絲能保證深窄坡口內(nèi)的側(cè)壁熔合良好。 |
| 醫(yī)用與食品級(jí)焊接 | 人體植入物（如骨板）、制藥設(shè)備、生物反應(yīng)器、食品加工管道。要求絕對(duì)無(wú)毒、生物相容、防污染。 | 必須使用 TC4 ELI 或?qū)Ｓ冕t(yī)用純鈦焊絲，其生物相容性元素（如Al、V）溶出率、間隙元素含量有更嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)。焊縫需極度潔凈，無(wú)任何有害雜質(zhì)引入。 |
六、 與其他領(lǐng)域用鈦及鈦合金絲的對(duì)比
鈦絲在不同領(lǐng)域扮演截然不同的角色，其要求差異顯著。下表以焊接填充絲為基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比：
| 對(duì)比維度 | 焊接用鈦絲 (核心功能：冶金連接) | 生物醫(yī)學(xué)用鈦絲 (核心功能：生物相容) | 電子信息用鈦絲 (核心功能：精密承載/導(dǎo)電) | 化工/冶金用鈦絲 (核心功能：耐蝕/結(jié)構(gòu)) | 體育休閑/消費(fèi)品用鈦絲 (核心功能：輕質(zhì)美觀(guān)) |
| 核心性能要求 | 焊縫力學(xué)與耐蝕性能：與母材匹配的強(qiáng)度、塑性、韌性及耐蝕性；工藝穩(wěn)定性：送絲順暢，電弧穩(wěn)定。 | 生物安全性：無(wú)毒、無(wú)致敏、無(wú)排異；力學(xué)相容性：彈性模量接近骨骼（低模量β合金）；耐體液腐蝕。 | 特殊功能特性：如形狀記憶效應(yīng)（NiTi合金絲）、超彈性、高精密尺寸、穩(wěn)定電性能。 | 極端環(huán)境耐受性：耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、鹵化物腐蝕；高溫強(qiáng)度。 | 高比強(qiáng)度與美觀(guān)：滿(mǎn)足輕量化設(shè)計(jì)，表面可陽(yáng)極氧化著色；良好的冷熱加工性。 |
| 典型材質(zhì) | TA系列純鈦，TC4等α+β合金，及專(zhuān)用藥芯焊絲。 | Ti-6Al-4V ELI， Ti-13Nb-13Zr， Ti-Nb-Ta-Zr等無(wú)釩、無(wú)鋁β鈦合金。 | 鎳鈦形狀記憶合金（NiTi） 為主。 | 工業(yè)純鈦，鈦鈀合金（Ti-0.2Pd），鈦鉬鎳合金。 | Ti-3Al-2.5V， TC4。 |
| 對(duì)雜質(zhì)控制重點(diǎn) | 極低的O、N、H，防止焊接脆化；堿金屬等有害雜質(zhì)總量控制。 | 嚴(yán)格控制有毒元素（V、Al等）溶出；極低的有害金屬雜質(zhì)。 | 控制影響相變溫度、疲勞壽命的雜質(zhì)。 | 控制加速特定介質(zhì)腐蝕的雜質(zhì)。 | 控制影響表面處理色澤均勻性的雜質(zhì)。 |
| 形態(tài)與工藝特點(diǎn) | 直徑0.8-2.4mm的直條或盤(pán)圓，表面潔凈光亮，纏繞整齊。 | 絲材可作為骨釘、縫合線(xiàn)原料，或用于3D打印粉末制備。要求高表面光潔度。 | 絲徑范圍廣（微米至毫米），用于制造微彈簧、驅(qū)動(dòng)器、精密元件。 | 除絲材外，常加工成網(wǎng)、編織物用于過(guò)濾、電極。 | 除焊絲外，更多以成品管材、棒材形態(tài)，用于車(chē)架、球拍等。 |
| 關(guān)鍵技術(shù)差異 | 強(qiáng)調(diào)“冶金與工藝兼容”，性能通過(guò)焊接后的焊縫體現(xiàn)。熔煉與拉拔工藝旨在保證成分和送絲性。 | 強(qiáng)調(diào)“生物體內(nèi)長(zhǎng)期共存”，材料學(xué)與醫(yī)學(xué)交叉，關(guān)注表面改性促進(jìn)骨整合。 | 強(qiáng)調(diào)“固態(tài)相變與功能”，利用材料的智能響應(yīng)特性。 | 強(qiáng)調(diào)“介質(zhì)隔離與接觸”，形態(tài)設(shè)計(jì)服務(wù)于過(guò)濾、反應(yīng)等工藝。 | 強(qiáng)調(diào)“成形與裝飾”，兼顧結(jié)構(gòu)功能與外觀(guān)美學(xué)。 |
七、 未來(lái)發(fā)展新領(lǐng)域與方向
面向增材制造（3DD打印）的專(zhuān)用絲材開(kāi)發(fā)：電弧熔絲增材制造（WAAM）因其高效率、低成本在制造大型鈦構(gòu)件方面優(yōu)勢(shì)明顯。未來(lái)將大力發(fā)展適用于WAAM的專(zhuān)用鈦合金絲材，通過(guò)微合金化（添加B、C、稀土） 促進(jìn)異質(zhì)形核、細(xì)化沉積態(tài)晶粒，解決增材制造固有的粗大柱狀晶和各向異性難題。
智能化與數(shù)字化焊接的適配材料：配合焊接機(jī)器人、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與自適應(yīng)控制系統(tǒng)，需要焊絲的熔化特性、化學(xué)成分高度均一、穩(wěn)定和可預(yù)測(cè)。這要求實(shí)現(xiàn)從原材料到成品的全流程數(shù)字化質(zhì)量追溯與精準(zhǔn)控制。
超高純與超高性能焊絲：為滿(mǎn)足深空探測(cè)、深海裝備等對(duì)焊縫韌性、疲勞壽命和損傷容限的極限要求，發(fā)展超低間隙元素、超低雜質(zhì)，并通過(guò)成分與組織精確調(diào)控實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度-韌性-疲勞協(xié)同提升的下一代焊絲。
綠色低成本制造技術(shù)：為拓展鈦焊絲在更廣闊工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，需開(kāi)發(fā)低成本原料制備技術(shù)（如回收料高純化） 和短流程、低能耗的加工工藝（如高速連拉技術(shù)），同時(shí)完善廢舊焊絲與制品的回收循環(huán)體系。
總而言之，焊接材料用鈦絲正從一種通用連接材料，向功能化、定制化、智能化的方向演進(jìn)。其發(fā)展軌跡與高端裝備制造的技術(shù)創(chuàng)新深度綁定，是支撐航空航天、能源化工、海洋開(kāi)發(fā)等重要領(lǐng)域邁向高端化不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。
