由于钛材焊接性问题，在钛材设备制造过程中需采取一些特殊工艺措施与技术手段，才能保证质量。本文结合腾宇钛业钛列管式换热器、钛储罐、钛反应釜、钛分离器等设备制作实践予以介绍。
一、焊接缺陷及原因
钛材设备在焊接时极易氧化、氮化和脆裂。钛不仅在熔融状态下能和几乎所有元素起作用，而且在350~400℃时即开始大量吸氢。氢是钛中最有害的元素之一，它能降低钛的塑性与韧性，导致脆裂。当冷却时，氢来不及逸出而聚成气孔。故一般要求钛中含氢量在0.01％以下。若母材或焊接材料中含氢量大，则应预先作脱氢处理。钛在600℃以上就会急剧地和氧、氮化合，生成二氧化钛和氮化钛(硬度极大)，当加热到800℃以上，二氧化钛即溶解于钛中并扩散深入到金属钛的内部组织中去，形成0.01~0.08mm的中间脆性层。温度越高，时间越长，氧化、氮化也越严重，焊接接头的塑性就急剧降低。为此，一般要求钛中含氧量应在0.1％以内。此外，钛还易与碳形成脆性的碳化物，降低塑性和可焊性。
钛易过热。钛的熔点高(1680~1725℃)，属难熔金属，在焊接时需要高温热源。钛的导热系数低，仅为碳钢的一半，热量不易散失，过热倾向严重。钛在885℃时产生同素异构转变，由α钛(密集六方晶格)转变为β钛(体心立方晶格)，温度再高，卢钛的晶粒便会急剧地跳跃式地长大，使性能迅速变坏。当结构刚性大时，焊接拉应力作用，还会导致产生裂纹。
此外，钛一旦沾染铁离子即变脆。这也是导致钛材产生焊接裂纹的重要原因之一。
二、主要工艺措施及控制
1、生产准备工作
1)施工场地及其要求
钛材焊接应在独立的钛加工车间进行。如果在钢铁车间内进行焊接，应与作业区隔开。钛材焊接应远离通风口和敞开的门窗处，焊接作业处风速<10m/s，相对湿度<90％。若条件许可，在钛材焊接场地铺设地面，禁止铁污染，搭防尘棚，配备去湿机，对提高焊接质量有良好效果。
2)简体与零部件的下料
钛材与不锈钢、铝材一样，表面不得有硬印标记(样冲孔等)，应用铅笔(色笔)划线。钛薄板可以剪切下料，厚板可用氧乙炔焰或等离子弧切割。切口要留加工余量，用机械方法去除表面污染层。为了防止在各道工序受到损坏，表面应贴牛皮纸保护。钛表面打磨只能用橡胶或尼龙渗合氧化铝的砂轮，绝不能用打磨过碳钢的砂轮。打磨时不允许出现过热的色泽。
3)板坯的坡口加工与卷圆
纵缝坡口用刨边机加工，坡口加工后卷圆，以免错边。卷板机滚筒表面应清理干净。由于钛的弹性模量较低，回弹量大，可采用模压法(预弯)或在三辊卷板机上模板滚压成型。要认真对待和严控简体纵缝棱角度。
4)管板的管孔加工
这是换热器制造的主要环节之一。钛比不锈钢有更大的咬粘倾向，管孔加工要用短而锐利的钻头，慢速、强制进给，用坚固支架，使其利于排屑；而且宜用大量、足够的冷却润滑液。根据经验，采用钻孔一扩孔成形工艺或钻孔一铰孔成形工艺效果较好。
5)管子与管板的连接
钛管与管板接头一般采用贴胀后焊接。贴胀胀紧率一般控制在3％~5％。钛的加工性能较差，变形速率敏感性高，为避免胀接时产生裂纹，应由专用胀接工具慢速进行。
6)封头的压制
用煤气炉加热坯料到300~500℃，经多次压制成形。对于薄壁封头，亦可采用夹板拉深法(冲压机上压制)。这种方法是将薄板料夹在两块较厚的板料中间，并将周围焊死后拉深。成型后将焊住的部位割掉，取出夹在中间的所需封头(此法可避免鼓包与皱褶等缺陷)。
2、简体主焊缝(纵向与环向焊缝)焊接工艺
钛设备主焊缝可选用表1所述的焊接方法。钛的等离子弧焊近年来得到广泛应用，一般采用小孔法焊接。附加保护气及背面保护气都应制作专门的气罩，紧密地与等离子喷嘴连结，又要与其绝缘。对于厚度3~4mm钛板，专门气罩的长度应大于120mm。
TIG焊用得最广，除手工外，也可以侧面送丝进行自动焊接(小车行走，转胎转动)，还可以加脉冲电源进行自动焊接。表2是蒸发器67m2TA2工业纯钛简体纵、环缝用侧面送丝自动TIG焊的工艺参数，钛板厚8mm。焊前坡口用不锈钢丝刷及丙酮清理，焊丝也经清理。第1层采用手工焊是考虑装配错边时容易控制；第5层因在简体内部，焊机头难进入，故也用手工焊。除第5层外，用φ2mmTA2钛丝作填充丝。钨极直径4mm。氩气纯度99.99％以上，主流量14~15L/min，尾罩气流量15~20L/min，背面保护气流量10~15L/min。
焊好钛设备纵、环缝的关键是氩气保护，尾罩及背面保护气罩必须设计并安置好，最难的是背面保护，切要小心从事。
3、钛管与钛管板焊接
钛管与钛管板焊接有先胀后焊和只焊不胀两种。前者多用于钛复合钢管板，后者用于全钛材管板。当设备小、压力与温度较低、受力不大而管板较薄时，一般用全钛材作管板，此时管子与管板只焊不胀。
1)焊接方法与氩气保护
管端焊口可采用手工钨极氩弧焊配以特制的保护气罩进行焊接。或采用微机控制的自动脉冲TIG焊(加丝或不加丝)。
应特别重视氩气保护。因钛在350~C以上时会强烈吸气、脆化，引起气孔及裂纹，焊接时必须将焊接接头及附近区域温度维护至200~C。
2)焊接工艺与控制
焊前要检查管板孔、管径及中心距尺寸(传热管应倒内角0.5×45°)，管子凸出管板尺寸要尽量一致，由专用工具检查。如需胀管，胀管前管端与管板间隙应<0.5mm，胀管后管壁内50mm范围内管板表面用丙酮去油，用无铁砂纸磨去氧化膜，显出金属光泽。
焊接时宜安排好合理的顺序。以管板中心为基准，兼顾各个方向划分几个区域，然后按分区(由中心向四周幅向向外地焊接，并尽量注意各向的对称性与平衡性)进行焊接。这样管板不易因焊接而发生凸起或凹进变形。
焊接工艺参数因焊接方法不同而异。TIG焊可参照纵、环缝手工TIG焊。微机控制的脉冲TIG时，如线能量小，则冷却快，会出现钛马氏体(α'相)，塑性下降；如线能量大，则冷却慢，晶粒会长大，塑性也降低。
故线能量一般取6kJ/cm~8kJ/cm为妥，此外，线能量再小则管板接头熔深太浅，难以达到质量要求。
焊接管板接头时，如焊后颜色不为银白色及金黄色，应磨去，重焊。如出现气孔、裂纹，须磨去重焊。
三、注意事项
采用钨极氩弧焊时，还需注意以下几点。
1、焊前预先通气一段时间，而后再起弧焊接。
2、采用较大口径的喷嘴时，喷嘴与工件的距离适当缩小以加强保护。钨极伸出喷嘴的长度宜短，以不妨碍观察到熔池为限。
3、采用短弧焊效果好，勿摆动焊枪。
4、焊丝热端在焊接过程中不能脱离保护范围，如发现被氧化，须将氧化部分切去才能继续使用。
5、焊接结束时要滞后停气，直至焊接区温度降至材质稳定的范围，一般温度在200~C以下。
6、如某部分焊缝保护不好，焊道表面发生氧化，须将氧化皮去除后才能进行下一道焊接。
7、焊接简体环缝时，内衬铜垫环，可起到撑圆的作用。
8、焊后热处理。根据钛材成分和结构使用要求可选用退火、时效或淬火一时效处理(宜严格按规范进行)。
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