鈦管焊接工藝

王書堂

摘 要：鈦和鈦合金作為結(jié)構(gòu)優(yōu)良、密度高于鋼，且抗拉強(qiáng)度高的金屬材料，在300℃～500℃的高溫下依然性能良好，因此其在航天航空事業(yè)、造船工業(yè)等一些對材料抗高溫高壓要求較高的行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。不過，由于一些焊接問題的存在，比如氣孔問題、裂紋問題、氣體保護(hù)問題等，焊接過程中可能出現(xiàn)一定的困難。該文在研究過程中，對鈦管的焊接制作了焊接工藝評定，制定了詳細(xì)的焊接工藝參數(shù)，尤其是自行研制了氣體保護(hù)罩裝置，并對鈦管焊接過程做了詳細(xì)地介紹。

關(guān)鍵詞：鈦管焊接 氣體保護(hù)罩裝置 焊接工藝 參數(shù)

中圖分類號：TG457 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（b）-0083-02

2012年我公司在土耳其BIGA項(xiàng)目施工中，其中涉及到鎳基、鈦基兩種有色金屬管道材質(zhì)，該文主要講述鈦管的焊接技術(shù)以及工藝要求。

材質(zhì)為（ASME-B861 Ti2）鈦管，規(guī)格Φ57*5～Φ325*5共計(jì)10個(gè)規(guī)格尺寸。Ti2為工業(yè)純鈦，強(qiáng)度為σb 450～600 MPa，其具有良好的塑性、韌性和抗腐蝕性，尤其具有很好的低溫性能，所以鈦基材料廣泛用于化工、電力項(xiàng)目中。在管道預(yù)制安裝項(xiàng)目前我們制作了各種焊接試驗(yàn)，采用不同氣體保護(hù)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，最終獲得了最佳保護(hù)效果的焊接工藝，并對鈦管材料的焊接進(jìn)行了焊接工藝評定，編制了詳盡的焊接工藝卡，從而保證了焊接質(zhì)量。

1 鈦管的焊接工藝

1.1 焊接性分析

鈦及其合金具有很強(qiáng)的化學(xué)活潑性，當(dāng)溫度超過400 ℃時(shí)即開始與氧、氮、氫及碳發(fā)生反應(yīng)，高于600 ℃時(shí)反應(yīng)劇烈。而氧、氮、氫及碳含量的增加會導(dǎo)致鈦及其合金焊縫金屬的脆化，所以TA2鈦管焊接時(shí)的氣體保護(hù)是關(guān)鍵問題，同時(shí)控制焊縫及熱影響區(qū)的溫度，避免因過熱產(chǎn)生粗大晶粒、過熱組織，導(dǎo)致金屬的機(jī)械性能降低。

1.2 焊接易出現(xiàn)的焊接缺陷

（1）氣孔問題。焊接鈦及其合金時(shí)，經(jīng)過焊縫RT后經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)在熔合線附近產(chǎn)生聚集型氣孔。氣孔主要為氫氣孔；由于氫在鈦中的溶解度隨溫度的升高而降低，焊接時(shí)熔合線附近的溫度高，會引起氫脫溶而出。如果焊接區(qū)周圍氣氛中的氫分壓高，則熔融金屬中的氫不容易析出，于是便聚集形成氫氣孔。

（2）裂紋問題。焊接鈦基材料時(shí)由于材質(zhì)的硫、磷雜質(zhì)含量很少，所以很少會出現(xiàn)熱裂紋；但是焊接鈦材時(shí)很有可能出現(xiàn)冷裂紋且具有延遲現(xiàn)象。主要是由于鈦的導(dǎo)熱性較差，熱量散失慢，容易出現(xiàn)焊縫晶粒粗大；當(dāng)氣體雜質(zhì)含量較高時(shí)，焊接接頭的塑性降低，特別是當(dāng)焊縫中溶解較多的氫時(shí)會形成氫脆。

1.3 氣體保護(hù)

鈦材焊接時(shí)由于對氣體的純度要求較高，所以我們選用 99.999%高純度氬氣；氬氣所要保護(hù)的范圍為熔池、熱影響區(qū)域以及兩側(cè)熔合線以外各10 mm區(qū)域的母材。為此需要制定特殊的氣體保護(hù)裝置；管道內(nèi)部使用氬氣室裝置進(jìn)行保護(hù)。

1.4 焊前準(zhǔn)備

1.4.1 坡口加工

鈦管切割后，采用氧化鋁砂輪機(jī)打磨出坡口，如圖1所示，加工坡口不允許使母材產(chǎn)生過熱變色。

1.4.2 坡口及焊絲清理

（1）坡口及其兩側(cè)各50 mm以內(nèi)的內(nèi)外表面進(jìn)行清理，清理程序如下：光機(jī)打磨→砂紙輪拋光→丙酮清洗。清洗后不能直接進(jìn)行焊接作業(yè)，待坡口端面晾干后方可以作業(yè)。如果放置時(shí)間超過2小時(shí)，須重新清理一遍或者采用自粘膠帶及塑料布對坡口予以保護(hù)。

（2）操作人員在焊接過程中必須戴潔凈的手套。

1.5 焊接材料的選用

依據(jù)母材的分組故選擇匹配性較好的ERTi-2，規(guī)格為Φ2.0/2.4化學(xué)成分如表1所示。

1.6 主要的焊接參數(shù)

（1）氬氣的流量大小直接影響在焊接過程焊縫的保護(hù)效果，根據(jù)驗(yàn)證的結(jié)果得出能夠滿足要求的氣體流量參數(shù)。

（2） 焊接電流大小直接影響在焊接過程中的熱輸入量，所以根據(jù)驗(yàn)證的結(jié)果得出能夠滿足要求的焊接參數(shù)，如表2所示。

2 焊縫質(zhì)量評定

焊接完成后主要通過焊縫外觀表面顏色判斷焊縫質(zhì)量的好壞，焊縫表面的顏色主要與氬氣保護(hù)、破口清潔度等有直接關(guān)系；具體根據(jù)表面顏色判定焊縫質(zhì)量好壞如表3所示。

如果在焊接過程中焊縫表面出現(xiàn)藍(lán)色或是青紫色應(yīng)立即停止焊接，查找原因及時(shí)改進(jìn)焊接措施；如果焊縫表面出現(xiàn)暗灰色應(yīng)立即停止焊接進(jìn)行返修，將暗灰色部分全部鏟除，重新焊接。

3 結(jié)語

綜上所述，在鈦管焊接過程中，需要從焊接可能產(chǎn)生的問題即氣孔問題、焊接裂紋問題以及氣體保護(hù)問題等，對焊接的流程進(jìn)行嚴(yán)格把控，做好焊接前的準(zhǔn)備工作，保證坡口加工過程中的溫度正常，確定坡口與焊絲的清理工作的有效完成，焊接材料選用的過程中，也需要嚴(yán)格按照具體要求參數(shù)執(zhí)行。另外，從焊接結(jié)果來看，外觀觀察上所有的焊縫表面色為銀白色時(shí)，其焊接工藝最佳。結(jié)合焊接流程而言，為了保證TA2鈦管在焊接時(shí)的氣體有效保護(hù)、控制焊縫和熱影響區(qū)溫度，盡可能避免因?yàn)闇囟冗^熱產(chǎn)生較大的晶粒、過熱組織等，需要在施工中注重各個(gè)環(huán)節(jié)流程，從焊接選材、材料清理、焊接過程中的溫度選擇、焊接各方面參數(shù)的設(shè)定角度入手，不斷進(jìn)行工作總結(jié)，以便鈦管焊接工藝水平的有效提高。

參考文獻(xiàn)

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