TA31钛焊丝：中高温强韧结构的 α+β 型焊接创新材料

在钛合金材料体系中，TA31 钛焊丝（推测牌号 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si 改良型，属于 α+β 型钛合金）凭借铝锡锆钼硅多元素协同强化体系，成为兼顾 450℃中高温强度与焊接强韧性的新型结构焊接材料。与 TA24 侧重 400℃中温强度不同，TA31 通过锡锆钼的复合强化实现高温抗蠕变性能，适配更高温度区间的承力结构焊接需求；与 TC4（α+β 型）的通用定位相比，TA31 以硅元素细化晶粒优化高温稳定性，450℃下持久强度比 TC4 高出 30% 以上，适配航空发动机压气机高温段部件、重型装备高温承力框架等中高温场景，为装备的高温结构轻量化与长寿命提供创新焊接支撑。

一、规范标准与合金成分，筑牢高温承力根基

TA31 钛焊丝的生产与应用对标高端中高温结构材料标准，核心符合GB/T 3623-2022（钛及钛合金丝）与GJB 2744A-2020（航空用钛及钛合金棒材、丝材规范），针对中高温场景，额外要求进行450℃×1000h 蠕变测试（蠕变变形量≤0.15%）与焊接接头高温冲击试验（450℃冲击吸收功≥30J），确保丝材在高温长期服役下的结构可靠性。

化学成分上，TA31 钛焊丝呈现典型的 α+β 型合金高温强化特征：钛（Ti）作为基体金属含量约为 85.5%-87.5%，关键合金元素为铝（Al：5.5%-6.5%）、锡（Sn：1.5%-2.5%）、锆（Zr：3.5%-4.5%）、钼（Mo：1.5%-2.5%）、硅（Si：0.08%-0.15%），杂质元素严格限制为铁（Fe）≤0.20%、氧（O）≤0.16%、碳（C）≤0.08%、氮（N）≤0.03%、氢（H）≤0.010%。铝、锡、锆作为 α 稳定元素，通过固溶强化与弥散强化提升高温强度，锡元素能显著降低合金高温蠕变速率；钼作为 β 稳定元素，可将 β 相转变温度降至 970℃±10℃，改善焊接塑性；微量硅元素通过形成硅化物颗粒阻碍位错运动，进一步提升 450℃以上的抗蠕变性能。这种多元素设计与 TA24 的铝钒铁中温强度体系形成鲜明差异，彻底转向中高温承力导向；与 TC4 相比，TA31 以锡锆替代部分钒，铝当量控制在 9% 左右（Al*=Al%+1/3Sn%+1/6Zr%≈8.8%），在避免 α₂相析出的同时，大幅提升高温稳定性。

二、中高温与焊接均衡力学性能，适配高温工况需求

TA31 钛焊丝的力学性能以 “中高温高强、焊接韧优、抗蠕变强” 为核心优势。其室温抗拉强度可达1000MPa-1100MPa，屈服强度超过900MPa，450℃高温下抗拉强度仍保持在 850MPa 以上，分别比 TA24 高出 11% 和 12.5%，焊接接头强度与母材匹配度达 98% 以上，完全满足中高温承力构件的负荷需求。密度约为 4.52g/cm³，略高于 TA24 的 4.50g/cm³，比强度达 221MPa/(g/cm³)，在中高温材料中具备显著轻量化优势，可降低高端装备高温部件重量 12%-18%。

中高温性能是TA31 的核心亮点：450℃×1000h 持久强度达 620MPa，远高于 TA24 的 500MPa 和 TC4 的 470MPa；450℃高温延伸率可达 12%-16%，在同类中高温钛合金中表现优异，解决了高合金钛材高温脆性的难题。焊接性能方面，TA31 焊缝金属热裂纹敏感性极低，因钼元素的调节作用，焊接热影响区晶粒长大幅度比 TC4 降低 35%，焊后接头在 450℃下的延伸率仍保持 10% 以上，能抵御装备启停过程中的温度交变应力。耐蚀性能同样可靠，在航空发动机燃油与滑油介质中腐蚀速率≤0.005mm / 年，满足 15000 飞行小时的服役需求。

三、精准规格与高温工艺，适配特种焊接场景

TA31 钛焊丝根据中高温承力部件焊接需求，提供针对性规格选择，直径范围覆盖 1.0mm-6.0mm，常见规格包括 1.6mm、2.0mm、3.2mm、4.0mm 等，适配 TIG 焊、电子束焊、等离子弧焊等高精度工艺，尤其在发动机压气机高温段部件与重型装备框架焊接中应用广泛。供应形式分为盘状（长度可达 800 米，适配自动化生产线）和直丝（长度 2m-4m，适用于手工装配焊接），表面处理采用低浓度酸洗 + 钝化工艺，通过 HF4%+HNO330% 的水溶液去除氧化膜，避免过腐蚀影响丝材精度，表面粗糙度 Ra≤0.4μm，确保焊接送丝稳定与熔池均匀。

工艺性能上，TA31 钛焊丝需针对 α+β 型合金特性优化参数：冷加工时，因钼元素的塑性调节作用，单次变形量可达 28%（高于 TC4 的 25%），中间退火温度推荐 780℃-830℃，确保在 α+β 两相区实现晶粒细化；焊接时，需采用超高纯氩气（纯度≥99.999%，露点≤-50℃）进行熔池、热影响区及背面的三重保护，防止高温氧化导致的性能下降，这是因为钛在 400℃开始吸收氧、600℃开始吸收氮，会直接引起焊接接头脆化。以直径 2.0mm 丝材的 TIG 焊为例，推荐焊接电流 95-115A，电弧电压 12-14V，焊接速度 75-95mm/min，层间温度严格控制在 250℃以下，避免热影响区脆化相析出。焊接后需进行 590℃×3h 的真空去应力退火，消除残余应力的同时稳定合金元素分布，使接头中高温性能与母材保持一致。

四、中高温领域深度应用，守护装备服役安全

凭借“中高温强韧、焊接可靠、抗蠕变优” 的核心优势，TA31 钛焊丝在航空发动机高温部件、重型燃气轮机、高端核电设备等领域实现核心应用，成为高温装备的关键支撑。

在航空发动机领域，TA31 钛焊丝用于制造高压压气机高温段机匣、涡轮导向叶片外环等核心焊接部件。某型先进涡扇发动机的高压压气机第 6-8 级机匣采用 TA31 丝材焊接后，可在 450℃高温与 18MPa 气压下长期服役，焊接接头无明显性能衰减，满足 15000 飞行小时的使用寿命要求；国产某型大推力发动机的涡轮导向叶片外环通过 TA31 丝材焊接成型，能同时承受高温燃气冲刷与离心载荷，450℃下的蠕变变形量仅为 0.10%，确保发动机稳定运行。

在重型装备领域，TA31 钛焊丝用于制造重型燃气轮机压气机静子叶片、核电设备热交换器等焊接构件。某型重型燃气轮机的压气机静子叶片采用 TA31 丝材焊接后，可在 450℃高温下稳定工作，抗蠕变性能较不锈钢提升 3 倍；核电用热交换器管板焊接构件通过 TA31 丝材制造，能抵御高温 coolant 腐蚀，服役寿命突破 20 年。

在高端制造领域，TA31 钛焊丝用于制造高温工况下的精密机械部件焊接。某大型化工反应釜的高温承力框架采用 TA31 丝材焊接后，在 420℃工作温度与高压介质中，焊接接头强度无明显下降，维护周期较 TC4 方案延长 2 倍；高端航空发动机试验台的高温夹具通过 TA31 丝材焊接成型，能在 450℃循环温度下保持稳定夹持力，适配发动机全工况测试需求。

五、未来发展方向与应用潜力

随着装备对高温化与长寿命的需求升级，TA31 钛焊丝的发展将聚焦三大方向：一是成分优化，通过精准控制锡锆钼比例（Sn：2.0%-2.2%，Zr：4.0%-4.2%，Mo：2.0%-2.2%）并添加微量铌（Nb）元素，进一步提升 500℃下的抗蠕变性能，目标将 1000h 蠕变变形量降至 0.1% 以下；二是规格拓展，开发超细直径（≤0.8mm）精密丝材与大直径（≥8.0mm）高强度丝材，分别适配微型涡轮部件与重型装备焊接；三是工艺融合，优化丝材表面抗氧化涂层与送丝稳定性，适配激光增材制造与摩擦搅拌焊等先进工艺，提升中高温构件的制造精度与寿命，助力我国大飞机发动机与重型燃气轮机的国产化升级。

综上，TA31 钛焊丝以 “中高温强韧、焊接可靠、高温专用” 的鲜明定位，在钛合金材料体系中填补了 TA24（中温高强）与 TC4（通用强度）之间的中高温承力材料空白，成为中高温承力结构核心部件焊接的优选材料。未来，随着国产先进发动机与高端装备的研制推进，TA31 钛焊丝将在更多高温承力工况中发挥作用，为装备的性能突破提供核心材料支撑。