淺談純鈦管焊接在化工制藥管道安裝中的應(yīng)用

侯明義 解利芹

【摘要】本文總結(jié)了在施工過程中，手工氬弧焊對純鈦管焊接的工藝要求、工藝流程，焊接材料的選用，焊接質(zhì)量控制及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，焊接保護(hù)罩的使用方法。

【關(guān)鍵詞】純鈦管焊接，工藝流程，焊材選用，保護(hù)罩

一、序言

萬噸VC生產(chǎn)線工程，是呼倫貝爾北方藥業(yè)工程的重點(diǎn)項(xiàng)目。由于生產(chǎn)條件苛刻，工藝復(fù)雜，整個生產(chǎn)線設(shè)備、管道多，使用部分使用特殊材料（如鈦材）， 因此鈦管的焊接給施工帶來較大難度。為確保焊接質(zhì)量和施工工期，我公司制定了合理的施工方案，特別是對鈦管的全位置焊接進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)并獲得了成功。

二、技術(shù)特點(diǎn)

本技術(shù)具有技術(shù)先進(jìn)，設(shè)備簡單，實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。在工程中能進(jìn)行各種位置的鈦管焊接施工，并能獲得良好的焊接質(zhì)量。

三、使用材料、設(shè)備及工具

3.1鈦管及配件：應(yīng)具有制造廠的出廠合格證和質(zhì)量證明書。經(jīng)復(fù)驗(yàn)其規(guī)格、化學(xué)成分、力學(xué)性能及供貨狀態(tài)均應(yīng)符合 DIN17850 標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2焊接材料

3.2.1焊絲；焊絲牌號為 ERTi—2，選擇焊絲應(yīng)符合以下要求：

（l）焊絲的化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)與母材相當(dāng)。

（2）若焊件要求有較高的塑性時，應(yīng)采用純度比母材高的焊絲。

（3）焊絲的化學(xué)成分應(yīng)符合《鈦及鈦合金絲》GB／T3623 的有關(guān)規(guī)定。

3.2.2氬氣：工業(yè)一級純氬，純度不得低于99.98%，含水量小于50Mg/m3。

3.2.3鎢極：選用φ2.0～φ3.0mm 鈰鎢極，其化學(xué)成分應(yīng)符合如下要求：

3.3 焊接設(shè)備

3.3.1焊機(jī)：采用直流TiG焊機(jī)。

3.3.2焊炬：采用 QS—75°／500 型水冷式 TiG 焊炬。

3.3.3氬氣輸送管：采用半硬質(zhì)塑料管，不宜用橡膠軟管和其他吸濕材料，不得與輸送其它氣體的管相互串用。氬氣管不宜過長，一般不超過20m。

3.3.4焊接夾具：用奧氏體不銹鋼或銅制管卡蘭、鎖緊螺栓等組對鈦管及配件。

3.3.5輔助設(shè)備及工具：氬氣保護(hù)罩，磨光機(jī)，專用銼刀，不銹鋼絲刷等。

四、工藝流程

4.1管道預(yù)制

4.1.1管道切割與坡口加工：管材切割與坡口加工應(yīng)在專門的作業(yè)場所內(nèi)采用機(jī)械加工方法進(jìn)行。加工好的管口應(yīng) 保證表面平整，無裂紋、重皮等缺陷。

4.1.2 表面清理：用奧氏體不銹鋼制的鋼絲刷清除鈦管焊接表面及坡口附近 100mm 范圍內(nèi)的銹皮、油漆、臟物、灰塵和能與鈦材起反應(yīng) 的雜物。用砂輪修整加工面，清除飛邊，毛刺，凸凹等缺陷。

4.1.3組對：鈦管、配件組對后軸線不得偏移，間隙應(yīng)均勻一致，并應(yīng)防止鈦管在裝配中被損傷和污染。避免強(qiáng)制組對，定位焊采用和 正式焊接相同的焊接工藝。

4.1.4脫脂處理：用無硫丙酮對所有焊接表面和坡口附近 50mm 范圍內(nèi)全部做脫脂處理，處理后的表面應(yīng)無任 何殘留物。

4.1.5焊接：應(yīng)在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下進(jìn)行。

4.1.5.1焊接工藝評定

在鈦管正式施焊前，用φ325×10 TA2管進(jìn)行焊接性試驗(yàn)，固定及水平固定位置的四項(xiàng)焊接工藝評定。

4.1.5.2焊工資格

對參與焊接的焊工進(jìn)行操作技能培訓(xùn)和考試，并參加鈦管的焊接工作。

4.1.5.3焊材

焊絲在使用前應(yīng)按坡口的清理方法進(jìn)行表面清理及脫脂處理，施焊時焊絲的端部應(yīng)除去周 10～20mm長。

4.1.5.4焊接環(huán)境

鈦管焊接施工在VC生產(chǎn)線廠房內(nèi)進(jìn)行，在現(xiàn)場固定口

時，若廠房內(nèi)出現(xiàn)下列情況之一時．不準(zhǔn)進(jìn)行焊接：

a風(fēng)力大于5m/S；

b相對濕度大于 90％；

c溫度低于15℃；

4.1.5.6層間清理與保護(hù)

對于多層焊道，在進(jìn)行下一層焊道焊接前，應(yīng)先檢查，如有異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即進(jìn)行表面處理或返修處理。

4.1.5.7焊縫表面酸洗鈍化處理

鈦材焊接后對表面進(jìn)行色澤檢查，檢查合格后對焊縫和熱影區(qū)進(jìn)行酸洗鈍化處理。

4.1.6焊縫檢驗(yàn)

所有焊縫均應(yīng)進(jìn)行外觀檢查、X 射線照相檢查、著色檢驗(yàn)和壓力試驗(yàn)等項(xiàng)檢驗(yàn)，且均應(yīng)合格。

4.3 鈦管焊接工藝流程簡圖如下所示：

五、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

《鈦管道施工及驗(yàn)收規(guī)范》（SH 3502-2000 ）

《工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50235-97）

《石油化工劇毒、可燃介質(zhì)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》SH3501

《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50236-98

六、焊接質(zhì)量控制：重點(diǎn)控制焊工、焊材、焊接工藝和無損檢測等主要環(huán)節(jié)。主要采取如下措施：

6.1加強(qiáng)氬氣對焊接區(qū)的保護(hù)

鈦在 250℃以上吸氫，400℃以上吸氧，600℃以上吸氮，這些元素的滲入將大大降低鈦的力學(xué)性能。因此鈦材管道的焊接保護(hù)通過管內(nèi)通氬，管外使用專用保護(hù)罩來進(jìn)行的。保護(hù)罩的形式一般有整罩結(jié)構(gòu)、半罩結(jié)構(gòu)和彎頭罩結(jié)構(gòu)。

A整罩結(jié)構(gòu)

為避免鐵離子污染，所有保護(hù)用的結(jié)構(gòu)材料采用銅材制作。整罩結(jié)構(gòu)形式

如圖：（見下圖）結(jié)構(gòu)由氬氣導(dǎo)管、緩沖器、保護(hù)罩、密封口等組成。

圖鈦管焊接氬氣保護(hù)罩整罩圖

B半罩

半罩結(jié)構(gòu)的原理基本同全罩結(jié)構(gòu)，在口徑較大，如DN150 以上采用此種結(jié)構(gòu)。

半罩的結(jié)構(gòu)如圖（見下圖1）；對半罩以外部分，為減少氬氣流失，增加保護(hù)效果，并且為固定半罩，適合全位置焊接需要，須制作一條弧形的，寬度 30～50mm，中間帶凹形的保護(hù)帶（如下圖1示），該帶兩端連接在保護(hù)罩上。

c彎頭罩結(jié)構(gòu)（見下圖2）

為達(dá)到氬氣保護(hù)彎頭焊縫的目的，必須增加一個彎頭形狀的附加罩，可繞彎頭附加罩旋轉(zhuǎn)，達(dá)到氬氣保護(hù)的目的。

d管內(nèi)充氬保護(hù)，均采用分段充氬的方法。在焊口的兩側(cè)作好密封充氬，待焊縫組對焊接完成后，將密封墊片取出即可。

6.2.2.2 嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，提高焊縫一次合格率

由于鈦材焊接的特殊要求和工藝特點(diǎn)，因此在整個焊接過程中要特別控制好層間溫度、焊接線能量、焊材、焊接環(huán)境等工藝要素。專人負(fù)責(zé)保管和清理焊絲。

7工程實(shí)例。2010年呼倫貝爾北方藥業(yè)萬噸VC項(xiàng)目中，VC轉(zhuǎn)化車間鈦管焊接接頭達(dá)453個，焊縫長 298.5 米。焊后經(jīng)我公司質(zhì)檢部門自檢合格后，報甲方質(zhì)檢部門和技術(shù)負(fù)責(zé)人，認(rèn)為焊接質(zhì)量優(yōu)良，一次性通過了試壓及驗(yàn)收，保證了工程按期試車，2011年3月一次投料成功。經(jīng)過一年多的生產(chǎn)運(yùn)行考核，鈦管無質(zhì)量隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]由原水利電力部焊接標(biāo)準(zhǔn)委員會提出，浙江火電建設(shè)公司編制的《鈦材管板焊接技術(shù)規(guī)程》SD339-89，主要起草人：陳志榮、戴泓

[2]《鈦容器焊接工藝規(guī)程》LXZB-SQE/ZSCY-C-ZJK-25-2008，編制：黃孝朋、席路娟