雙層鈦合金板材搭接激光穿透焊接工藝中，常用牌號按特性分為多種類型：高焊接性通用牌號如工業純鈦TA1-TA3（塑性優、耐海水腐蝕，適用于≤350℃場景）、近α型TA7與TA15（高溫性能好，用于航空結構）；中高強度α+β型合金中，TC4綜合性能最優，廣泛用于航空航天，TA9、TA10耐腐蝕用于化工領域，Ti-31等則適用于艦船海洋工程；高溫與特殊場景牌號如TC11、TA29適用于500℃以上高溫部件，TC20為生物醫用無毒合金。焊接時需嚴格控制激光功率（3-6kW）、焊接速度（1.5-3m/min）等參數，并通過光束振蕩、退火處理抑制氣孔與組織缺陷。該工藝在航空航天、船舶工程等領域應用廣泛，但存在大厚度焊接氣孔率高、智能化不足等瓶頸。未來將向多激光束協同、AI動態參數優化及綠色工藝方向發展，需依據服役環境精準匹配牌號與工藝，實現高質量焊接目標。以下是科輝鈦業對適用于雙層鈦合金板材搭接激光穿透焊接工藝的常用牌號及其特性總結，結合焊接性、耐腐蝕性、高溫性能等維度分類說明如下：

一、高焊接性通用牌號

1.工業純鈦（α型）

牌號：TA1、TA2、TA3

特性：

雜質含量遞增（TA1最純），塑性優異，焊接接頭強度可達母材90%；

耐海水腐蝕（腐蝕率＜0.001 mm/a），適合海洋工程（如船舶管路、海水淡化換熱器）；

適用溫度≤350℃，需嚴格控制氧含量（焊縫含氧量≤0.18wt%）。

2.近α型鈦合金

牌號：TA7（Ti-5Al-2.5Sn）、TA15（Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr）

特性：

TA7：500℃下熱穩定性好，焊接接頭強度與母材相等，用于航空機匣、壁板；

TA15：兼具α合金的焊接性與β合金的塑性，適合500℃長期工作的航空承力結構（如機身框）。

二、中高強度α+β型合金

1.綜合性能最優牌號

牌號：TC4（Ti-6Al-4V）

特性：

占鈦合金用量的50%以上，焊接接頭強度達母材90%，熔深波動＜5%；

需控制熱輸入（線能量1.8-2.5 kJ/cm），避免α'相脆化（退火后延伸率恢復至12%）；

適用航空航天結構件（機翼接頭、發動機葉片）。

2.耐腐蝕專用牌號

牌號：TA9（Ti-0.2Pd）、TA10（Ti-0.3Mo-0.8Ni）

特性：

添加Pd/Mo提升抗縫隙腐蝕能力，用于化工管道（如硫酸反應器）；

焊接時需惰性氣體高純度保護（氬氣純度＞99.999%）。

3.艦船與海洋工程牌號

牌號：Ti-31（Ti-3Al-2.5V）、Ti-75

特性：

耐海水腐蝕與生物附著，激光-電弧復合焊熔深增加40%，用于潛艇耐壓殼體；

焊縫年腐蝕失重＜0.002g/m²，壽命為不銹鋼的3倍。

三、高溫與特殊場景牌號

1.高溫部件（＞500℃）

牌號：TC11（Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si）、TA29（Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si）

特性：

TC11：500℃持久強度≥640MPa，用于發動機壓氣機盤，需β區退火（880℃+650℃）；

TA29：540℃抗蠕變，激光焊后需控溫緩冷避免β斑缺陷。

2.生物醫用牌號

牌號：TC20（Ti-6Al-7Nb）

特性：

無毒性（Nb替代V），符合ISO-5832-11標準，焊接后需酸洗去除氧化層。

四、工藝適配性與參數優化

1.激光焊接關鍵參數

參數	推薦范圍	影響	風險控制
激光功率	3-6 kW	＞6kW易塌陷	氣孔率需＜0.8%
焊接速度	1.5-3 m/min	速度↑→熔寬↓，＞3m/min未熔透	下層熔寬≥50%母材
離焦量	-1~-2 mm（負離焦）	能量密度↑30%	飛濺顆粒＜20個/mm²
保護氣體流量	25-50 L/min	流量↓→焊縫氧化（氧含量＞0.18wt%）	背面附加氣簾工裝

2.缺陷控制技術

氣孔抑制：光束振蕩（300Hz頻率，1mm振幅） + 預焊乙醇清洗；

組織調控：TC4焊后750℃/2h退火，分解α'相為α+β雙相。

五、應用案例與挑戰

1.典型場景

航空航天：
TA15雙層板（1.5mm+1.5mm）搭接焊，參數：3.2kW/2.5m/min，疲勞壽命＞10⁷次；

船舶工程：
Ti-31耐壓殼體單面焊雙面成形，速度1.8m/min（傳統TIG焊的2.3倍）。

2.技術瓶頸

大厚度限制：板厚＞20mm時氣孔率驟增，需開發多光束協同焊接；

智能化需求：熔池形態機器視覺監控 + AI動態調參（響應＜50ms）。

六、牌號選擇參考表

牌號	合金類型	焊接性	耐溫極限	核心應用場景	工藝要點
TA1/TA2	α型	★★★★	≤350℃	船舶換熱器、化工管道	低熱輸入，嚴控氧污染
TA15	近α型	★★★☆	≤500℃	機身承力框、火箭燃料箱	退火消除殘余應力
TC4	α+β型	★★★★	≤400℃	航空結構件、3C鉸鏈	振蕩激光防α'相脆化
TC11	α+β型	★★★☆	≤500℃	發動機壓氣機盤	雙重退火保高溫性能
Ti-31	近α型	★★★★	≤300℃	潛艇管路、深潛器殼體	復合焊提升熔深

注：焊接性評級（★★★★為最優）

總結與趨勢

短期優選：TA2（低成本耐蝕）、TC4（綜合性能均衡）、TA15（高溫焊接結構）；

前沿方向：

大厚度焊接：20mm以上板厚采用多激光束協同（主束穿透+側束預熱）；

智能化控制：機器視覺+AI動態優化參數，實現氣孔率＜0.5%；

綠色工藝：局部氣簾設計降低氬氣消耗50%，真空激光焊消除保護氣體依賴。

搭接激光焊在鈦合金輕量化結構（如航空航天多腔體、船舶耐壓艙）中不可替代，但需根據服役溫度、介質環境精準匹配牌號，并協同工藝參數與后處理制度，以實現“高強韌、零缺陷”目標。

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