钛是一种银白色的金属，密度为4.5g/cm³，熔点为1668℃，拥有优良的塑性与韧性。。常温下，钛可能与空气中的氧反映天生致密的氧化膜，从而维持高的不变性和耐蚀性。。然而，随着温度的升高，钛吸收氧、、氮、、氢的能力显著加强。。钛从250℃起头吸收氢，从400℃起头吸收氧，从600℃起头吸收氮。。目前，钛及钛合金焊接多选取为钨极氩弧焊，而溶解极氩弧焊、、等离子弧焊、、电子束焊、、激光焊等步骤也得到了分歧水平的利用[1]。。

钽是一种钢灰色的金属，密度为16.6g/cm3，熔点为2996℃，拥有优良的韧性与延展性。。钽从300℃起头吸收氧，从350℃起头吸收氢，从700℃起头吸收氮。。钽拥有高熔点、、高密度、、化学机能不变、、抗侵蚀能力极强和加工机能好等特点，宽泛利用在航空航天、、化工、、电子等领域。。尝试证明，将钽浸泡在200℃硫酸中，侵蚀速度仅为0.006mm/a，其耐侵蚀机能可与玻璃媲美，除了氟气、、氢氟酸、、含氟离子的碱性溶液、、发烟硫酸和强碱以外，险些能耐所有化学物质的侵蚀[2-4]。。但由于钽金属价值昂贵，在化工设备中使用时多选取复合板结构大局。。钽复合板通常选取三层结构，钽为覆层，中央设置过渡层，钢为基层[3-4]。。国内学者先后发展了钽-过渡层-钢三层复合板结构的钽盖板与钽覆层焊接[3]、、钽-钢复合管板与钽管焊接[4]、、16mm厚Ta2.5W合金板焊接[5]等钻研。。

为了降低设备的资料成本，某些钽钢复合板设备的管板或收受选取松衬结构，会涉及钽材与钛材的焊接。。目前国内关于钽与钛异种金属焊接的钻研报道较少。。陈国庆等[6]选取电子束焊接实现了TC4钛合金与Ta-W合金的焊接。。但由于电子束焊接对环境和设备的要求比力高，使用前提刻薄，不便于在承压设备制作中的推广利用。。为此，本钻研选取手工钨极氩弧焊技术焊接Ta1钽板与TA1钛板，并对焊接后的Ta1/TA1焊接接头进行显微组织观察与力学机能分析，以期推动钽钛复合板在工程中的利用。。

1、、尝试

1.1尝试资料

尝试资料为Ta1钽板与TA1纯钛板，厚度均为1.2mm，力学机能见表1。。

表 1 Ta1 钽板与 TA1 钛板的力学机能

1.2试样加工

参照NB/T47014—2023《承压设备焊接工艺评定》尺度，别离制备规格为90mm×200mm×1.2mm的Ta1与TA1焊接试板各2块。。试板焊接坡口大局如图1所示，Ta1钽板为I型坡口，TA1钛板为35°坡口。。

1.3焊接

（1）焊前筹备焊接坡口选取机械加工的方式，坡口理论应出现金属光泽；；用无水乙醇清洁坡口理论及其两侧各50mm领域内的污物。。

（2）组对与定位焊将Ta1钽板与TA1钛板在专用组对工装上进行组对，节制对口错边量≤0.2mm，不得强力组对。。

选取手工氩弧焊进行定位焊，定位焊间距为50~60mm，每段定位焊长度为3~5mm，定位焊缝不得有裂纹、、气孔等缺点，不然应断根后重新焊接。。定位焊缝应为银白色，两端滑润过渡。。

点焊时用氩气；；ぃ骐财魉傥10~15L/min，背面为10L/min。。引弧板和息弧板尺寸均为50mm×50mm×1.2mm。。

（3）焊料焊丝选用熔点低的TA1钛材对应的ERTA1ELI焊丝，直径1.2mm；；焊接过程中用氩气；；ぃ财慷取99.99%；；焊接电极选用铈钨电极，直径2.5mm。。

（4）焊接工艺选取手工氩弧焊，直流正接。。选用较小的热输入，焊接电流60～80A，电弧电压7~8V。。氩气流量：焊枪10~14L/min，正面；；12~16L/min，背面；；10~14L/min。。层间温度节制在60℃以下。。对接焊缝焊两层，单面焊双面成形。。

Ta1钽材比TA1钛材的熔点高1328℃，二者熔点相差出格大。。TA1钛材的热导率低，约为Ta1钽材的1/4。：附邮保ρ细窠谥迫仁淙胗氲缁∽筇弧：附铀俣裙焓保仁淙虢系停自斐扇鄣愕偷腡A1钛板溶解，而熔点高的Ta1钽板仍为固态，导致二者未熔合。。反之，焊接速度过慢时，热输入较高，Ta1钽板产生软化或溶解，而熔点低的TA1钛板产生流失或烧损。。因而，在焊接过程中氩弧焊电弧应左袒Ta1钽板一侧，并选取熔点低的TA1钛材对应的ERTA1ELI焊丝进行加丝焊接，预防出现未熔合或焊漏景象。。

TA1钛板变形后回弹能力强，焊接后很难通过改过恢复原状态，所以组对时应预留反变形，焊接时应利用工装约束板材变形，并选取小电流焊接，以削减焊接变形。。TA1钛板与Ta1钽板极易氧化，焊枪必要拥有优良的；；ぷ饔茫缱煲螅；；て逡锌隙ǖ耐Χ取：附庸讨校盖购竺嬉柚煤附颖；；ね险郑し篮盖贡；；て逡谱吆螅阜旎刮蠢淙聪吕矗蛭薇；；ざ趸。板材背面的焊缝也要进行；；ぃ谱髯ㄓ猛；；ふ郑趁婧阜50mm宽度领域内，通入均匀的氩气进行；；ぁ。在焊接过程中，焊缝的正面与背面均进行持续的氩气；；ぁ：附邮迪趾螅中秒财；；ひ欢喂Ψ颍敝梁阜炖淙础。

1.4检测

对焊接后的试板进行外观查抄。。依照NB/T47013.5—2015《承压设备无损检测第5部门：渗入检测》尺度要求，对焊接试板焊缝及热影响区域进行渗入检测。。参照NB/T47014—2023《承压设备焊接工艺评定》尺度要求，按图2所示别离切取金相、、拉伸、、面弯、、背弯试样。。

凭据GB/T228.1—2021尺度要求进行室温拉伸机能测试；；凭据GB/T2653—2008尺度要求进行弯曲机能检测，试验过程中，弯心直径为12mm，弯曲角度为180°。。凭据GB/T4340.1—2024尺度要求丈量焊缝硬度。。选取光学显微镜观察焊接试样分歧区域的显微组织。。选取JSM-6460扫描电子显微镜观察拉伸断口描摹，并用其附带的能谱仪（EDS）对焊接试样分歧区域进行成分分析。。

2、、了局与会商

2.1外观

图3为焊接后的试板照片。。从图3能够看出，焊缝理论无裂纹、、气孔、、弧坑、、同化等缺点，呈银白色，无氧化，焊接质量优良。。

2.2渗入检测

因Ta1钽材与TA1钛材均不拥有磁性，无法执行磁粉检测，故选择渗入检测。。通过渗入检测可有效发现焊缝及热影响区的理论裂纹。。经渗入检测，焊接试板焊缝及热影响区均未发现有裂纹，切合I级要求。。

2.3射线探伤

对焊接试板进行100%射线探伤检测，射线检测技术等级为AB级，未发现有裂纹、、未熔合、、未焊透、、气孔等缺点，检测了局切合I级要求。。

图4为焊接试样射线探伤照片，图中上部明亮区域为Ta1母材，下部阴郁区域为TA1母材，焊缝亮度居于二者之间。。由于钽的原子序数为73，钛的原子序数为22，在进行射线检测时，钽与钛对射线的吸收水平差距大，造成探伤影像差距较大。。Ta1母材与焊缝之间有一条极度直的亮度分界限，此分界限为Ta1母材机加工形成的坡口概括，批注焊接过程中Ta1母材边缘仅产生了少量溶解。。而TA1母材与焊缝之间的亮度分界限不规定，是由于焊接过程中TA1母材边缘齐全溶解，加之手工氩弧焊焊接速度不均匀，导致TA1母材溶解量不一致，从而出现出不规定的亮度分界限。。

2.4力学机能

焊接试样的室温拉伸机能见表2。。从表2能够看出，焊接试样的抗拉强度、、屈服强度均与Ta1母材相近，塑性有所降落，但降落幅度不大。。拉伸机能检测了局切合NB/T47014—2023《承压设备焊接工艺评定》中“试样母材为两种资料金属代号时，每个试样的抗拉强度应不低于两种母材抗拉强度最低值中的最小值；；试样若是断在熔合线以外的母材上，其抗拉强度值不得低于母材抗拉强度最低值的95%”的要求。。

表 2 焊接试样室温拉伸机能

经检测，焊缝区域硬度为183.3HB，高于Ta1母材与TA1母材的硬度。。

焊接试样拉伸断裂后的照片和断口描摹如图5所示。。从图5a能够看出，拉伸试样的断裂产生在强度较低的Ta1母材一侧，且拥有显著的“双颈缩”特点。。从图5b能够看出，拉伸断口阐发为典型的韧性断口，韧窝多且深，扯破面占比小且边缘较窄，滑移台阶较为显著。。

图6为焊接试样弯曲试验后的照片。。从图6能够看出，面弯和背弯试样均拥有优良的弯曲工艺机能，焊缝及母材均未发现裂纹，切合NB/T47014—2023《承压设备焊接工艺评定》尺度要求。。

2.5显微组织

图7为焊接试样的低倍照片。。由于钽与钛的熔点相差较大，在焊接过程中，氩弧焊电弧左袒Ta1钽板一侧，随着温度升高，TA1钛板首先溶解，Ta1钽板边缘有少量钽材溶解，进入熔池中，未溶解的Ta1母材受高温影响产生软化，并在重力作用下边部出现下坠。。第二遍焊接盖面时，靠近Ta1侧的焊缝覆盖在Ta1母材理论。。

焊接试样在经历焊接热循环以来，由TA1母材、、TA1热影响区、、焊缝区、、TA1/Ta1界面反映区、、Ta1热影响区和Ta1母材组成。。图8为焊接试样分歧区域的显微组织。。从图8可知，TA1母材区域金相组织重要由等轴α晶粒组成，晶粒尺寸约为25μm（图8a）；；TA1热影响区受焊接热影响很大，冷却后天生粗壮的等轴α晶：桶逄踝淳Я＃ㄍ8b）；；焊缝分辨为两部门，靠近TA1一侧金相组织重要由针状α?马氏体组成（图8b），而靠近Ta1一侧的边缘出现了小部门铸态组织（图8d）；；Ta1热影响区组织为粗壮的等轴α晶粒，晶粒尺寸为300~1000μm，较Ta1母材区的晶粒尺寸（约100μm）显著增大（图8c、、8d）。。这是由于在焊接过程中，电弧左袒Ta1一侧，电弧能量高，加之焊接高温停顿功夫长，导致晶粒粗壮。。

2.6能谱分析

选取能谱仪对焊接试样进行点扫描成分分析，检测部位见图9。。其中，区域1为靠近TA1母材熔合线左近区域，区域2为焊缝中心区域，区域3为靠近Ta1母材熔合线左近区域。。

表3为焊接试样的能谱分析了局。。从表3能够看出，焊缝成分以Ti元素为主，其重要来自于TA1母材与填充的ERTA1ELI焊丝。：阜熘行募翱拷黅A1母材侧Ta元素含量约为20%，靠近Ta1母材侧Ta元素含量约为17%。：阜熘蠺a元素含量低于有关文件[6]，这是由于氩弧焊相比于电子束焊接，能量密度低，焊接时钽材的溶解量少。。

表 3 焊接试样能谱分析了局（质量分数，w/%）

3、、结论

(1)由于Ta1钽材和TA1钛材熔点相差较大，利用氩弧焊焊接时，应严格节制焊接热输入与焊接速度，电弧应左袒Ta1母材一侧，用ERTA1ELI焊丝填充焊缝。。

(2)焊接接头中，焊缝中心及靠近TA1母材一侧的Ta元素含量约为20%，靠近Ta1母材一侧的Ta元素含量约为17%。：附咏油返腦射线探伤影像明亮度居于Ta1母材、、TA1母材亮度之间，焊缝硬度大于Ta1和TA1母材。。

(3)Ta1/TA1焊接试样的拉伸、、弯曲力学机能均切合NB/T47014—2023《承压设备焊接工艺评定》尺度要求，注明氩弧焊可用于Ta1钽材和TA1钛材异种金属的焊接，可能满足承压设备的制作要求。。

参考文件References

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[5]刘玉銮.一种钽钨合金厚板焊接工艺分析[J].中国机械,2023(35):18-21.

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（注，原文标题：钽与钛异种金属氩弧焊焊接接头的组织与机能）