鈦裝備主要應用于石油、化工和熱能電站等工業部門。而鈦管件(如彎頭、三通及異徑管等)與管子的連接是其重要組成部分。根據多次調查，鈦裝備(由于有其特殊的使用性能，應用日益廣泛)中管件與管子連接處事故率較高，這與該處斷面工況條件陡變。受力較為惡劣有關。

01

性能與特點

     鈦在885℃時發生同素異構轉變。在885℃以下為密排六方晶格結構，稱為a鈦(工業純鈦為此類，本文重點研究對象)。在885℃以上為體心立方晶格結構，稱為J3鈦。鈦合金的同素異構轉變溫度則隨加入的合金元素種類和含量不同而變化。工業純鈦根據其雜質(主要是氧和鐵)含量以及由此而引起的強度差別分為TA1、TA2、TA3三個牌號。它們具有良好的耐蝕性、塑性和韌性，但對其加工性、焊接性要求較高。
02

焊接缺陷&形成機理

（1）焊接氣孔 鈦材焊接中，易于發生氣孔，它的主要影響因素及防治措施見表1。

(2)脆裂與過熱氫是鈦中最有害的元素之一，它能降低鈦的塑性與韌性，導致脆裂。若母材或焊接材料中含氫量較大，則應預先作脫氫處理。鈦在600℃以上就會急劇地和氧、氮化合，生成二氧化鈦和氮化鈦(硬度極大)。當加熱到800℃以上，二氧化鈦即溶解于鈦中并擴散深入到金屬鈦的內部組織中去，形成0.01～0.08 mm的中間脆性層。溫度越高，時間越長，氧化、氮化也越嚴重，焊接接頭的塑性就會急劇降低。此外，鈦還易與碳形成脆性的碳化物，降低塑性和可焊性。

     鈦材的熔點高，屬難熔金屬，在焊接時需要高溫熱源。鈦的導熱系數低，僅為碳鋼的一半，熱量不易散失，過熱傾向嚴重。當結構剛性較大時，在焊接拉應力作用下，還會引發薄弱區開裂。另外鈦沾染鐵離子即變脆。這也是導致鈦材管件一管子對接焊縫區產生裂紋的重要原因之一。

 (3)焊接熱溫波裂紋常見金屬焊接裂紋有熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋與層狀撕裂裂紋等，焊接熱溫波裂紋是近年來發現的又一種新裂紋。即焊縫處經過反復多次加熱與冷卻后而形成的一種裂紋，其發展趨勢最終為斷裂。它多發生在厚壁管件一管子的多層多道焊焊縫區域上(主要在熔合區附近)或焊縫修補之處。其特征是裂紋區域材質性能發生變化(尤其是塑性、韌性降低)，晶粒松弛，晶格歪扭。有局部硬化現象，有時裂紋旁邊伴有若干更細微裂紋。它發生的滯后性強，其隱蔽性危害性比冷裂紋更大。目前形成機理仍在研究之中。從本質上看。它不完全同于熱疲勞裂紋(有的學者觀點不同)。由于鈦材焊縫處多次反復加熱與冷卻，一是應力不斷擴張、收縮。致使焊縫疲勞開裂；二是加熱過程中晶粒不斷長大(有時連續有時斷續，但多為波段式變化。鈦的熔點高， 比熱容小，熱導率小，使焊縫金屬和熱影響區在高溫下的停留時間增長)。從而使顯著長大的粗化晶粒間松弛、脆弱，也易出現裂紋。另外，焊縫處若干次地快速冷卻，TiH2逐漸析出，積聚，延伸，出現薄弱邊緣而致裂。而焊縫的多次熱循環及相變(組織變化)，Ct鈦馬氏體(a 是0相通過無擴散型轉變而形成的某些元素在六方晶格a鈦中的過飽和固溶體，在光學顯微鏡下呈現為針狀組織)數量增多，塑、韌性下降亦極易開裂。總之，此類溫波裂紋是若干因素綜合作用的結果。消除其中的任何不利因素。對于防止它的產生都是有利的。
      總結多次施工經驗及研究結果，發現管件與管子焊縫部位，經常受到大小不同和方向變化的熱循環交變應力。這種交變應力常常使材料在小于其屈服極限，甚至小于其彈性極限的情況下。經多次熱循后，并無顯著的外觀變形卻會發生裂紋。管件一管子對接及施焊中，事先都不產生明顯的塑性變形而突裂，實際上裂紋已經歷了一個由脆化、臨界危險點及開裂的完整過程(有的時間較短，有的時間卻很長)。即使施工后經檢驗未發現任何缺陷，裝置在運行過程中，亦隨時有可能產生裂紋。且往往是出乎預料的。
      材料在交變應力的作用下，首先在應力最大及材料最薄弱的部位(如內部的缺陷、表面的傷痕處)出現極細微的裂紋，這種微裂紋再隨熱循環次數的增加而逐漸擴展，從而使管件與管子的有效截面不斷減小，以至最后承受不住外力的作用，在偶然的震動和沖擊下便發生脆性斷裂。所以材料斷裂是在交變熱應力作用下經過一定的熱循環周次之后(隨著環境條件的波動及時間推移，材質本身亦逐漸退化與弱化，此點往往被人們所忽視)才出現的。因此它具有很大的危險性，常常造成難以想象的嚴重事故。這就給施工者提出更高要求，隨時防范鈦材管接口待裂和臨裂狀態與隱患，亦須引起足夠的重視。僅從焊接工藝分析，適度控制焊接的最高加熱溫度、加熱速度、高溫停留時間和冷卻速度。以及盡量減少焊縫區的加熱與冷卻頻率和次數，是必須注意的問題。管件與管子對接時嚴禁采用較大的鋸齒形橫向擺動施焊法(尤其是高壓管接口)。