鈦及鈦合金是一種優(yōu)良的金屬結(jié)構(gòu)材料，與鋼相比具有密度小（約4.5g/cm³）、抗拉強(qiáng)度高、比強(qiáng)度大等特點(diǎn)，在300~500℃高溫下鈦合金仍具有足夠高的強(qiáng)度和良好的高溫性能，在航空、航天、石油化工、造船等工業(yè)部門(mén)日益獲得廣泛的應(yīng)用。但是，鈦合金材料在焊接過(guò)程中出現(xiàn)的低溫氧化和氣孔問(wèn)題又給其焊接帶來(lái)一定的難度，本文將介紹其焊接工藝與同行們探討和互相學(xué)習(xí)。

1、鈦材料焊接性

1.1 氧氣等雜質(zhì)造成焊接接頭污染而引起脆化，其中還包括氮、氫、碳等元素。

在表面氧化膜的作用下，鈦在常溫下是比較穩(wěn)定的。但是，隨著溫度逐步升高，鈦吸收氧、氮、氫的反應(yīng)速度加快，以300℃開(kāi)始吸收氫，600℃開(kāi)始吸收氧，而700℃開(kāi)始吸收氮。實(shí)驗(yàn)證明，在焊接接頭凝固、結(jié)晶過(guò)程中，在鈦材料正、反面得不到有效保護(hù)的狀況下，工業(yè)純鈦焊接以及熱影響區(qū)的金屬很容易吸收氮、氫。

1.2 焊接線能量的變化對(duì)焊接接頭性能的影響

要使工業(yè)純鈦焊接HAZ區(qū)獲得良好的塑性，需選用合適的冷卻速度。而在板厚一定時(shí)，冷卻速度基本上是由焊接線能量來(lái)決定的。隨著焊接線能量的增大；HAZ的高溫停留時(shí)間增 長(zhǎng)，過(guò)熱區(qū)面積增大，且晶粒因加熱而變粗大的現(xiàn)象更為嚴(yán)重。用過(guò)大的焊接線能量進(jìn)行工業(yè)純鈦的焊接是不合適的，將導(dǎo)致塑性明顯下降。

2、焊縫氣孔

鈦材料焊接時(shí)，在熔合線附近出現(xiàn)氣孔。試驗(yàn)表明，氣孔特點(diǎn)和形式與H在Ti中的溶解度有關(guān)，H在Ti的溶解度隨溫度升高而降低，熔池中部比熔池邊緣溫度高，故熔池中部 易向熔池邊緣擴(kuò)散，熔池邊緣的H過(guò)飽和而產(chǎn)生氣孔。

3、焊接工藝

針對(duì)上述鈦及鈦合金焊接特點(diǎn)，為保證鈦管焊接質(zhì)量，要解決鈦材料的低溫氧化及熔池邊緣H過(guò)飽和而形成熔合線氣孔問(wèn)題，防止低溫氧化問(wèn)題尤為關(guān)鍵。鈦管焊接必須做到：

·采用高純度低露點(diǎn)Ar氣≥99.99%,焊炬上通Ar氣管道不宜采用橡皮管，以尼龍軟管為好。

·焊前清除焊絲、工件表面上的氧化膜和油污等有機(jī)物。

·選擇正確焊接工藝參數(shù)，延長(zhǎng)熔池的高溫停留時(shí)間及規(guī)范。

·對(duì)鈦材處于400℃以上的熔池溫度根部焊縫及HAZ區(qū)均應(yīng)用高純Ar氣保護(hù)，防止內(nèi)壁氧化。

鈦管焊接時(shí)，保護(hù)區(qū)域分三部分：

熔池正部焊縫及HAZ區(qū)（350℃）背面焊縫均應(yīng)用高純度充 保護(hù)與空氣隔絕。

鈦材料導(dǎo)熱性差，焊接熔池大而冷卻慢，故焊槍噴嘴內(nèi)徑一般為16~20mm。

對(duì)于350℃以上的背面焊縫及HAZ區(qū)保護(hù)，在工程實(shí)踐中已經(jīng)提供了很多方法，如真空室焊接、充氬箱中焊接、整體保護(hù)罩焊接等。但是上述方法不僅成本高，而且在操作上也有許多不便，因此，成本低、操作方便的局部保護(hù)罩的設(shè)計(jì)對(duì)鈦管的焊接來(lái)說(shuō)是個(gè)重要突破。局部保護(hù)面積應(yīng)根據(jù)350 ℃以上背面焊縫及HAZ區(qū)的面積確定。

橢球型過(guò)濾球由銅網(wǎng)包扎而成，其作用是使氬氣能充滿拖罩，形成穩(wěn)定氣流層。

背面焊縫的保護(hù)分兩種情況：對(duì)管徑DN≥500mm的鈦管，采取局部保護(hù)；對(duì)管徑DN＜500mm的鈦管，采取整體保護(hù)。

4、鈦管焊前清理

為了防止出現(xiàn)氣孔，必須保持室溫不低于10℃，以防止空氣對(duì)流，因此鈦管焊前坡口附近表面及內(nèi)壁應(yīng)認(rèn)真仔細(xì)進(jìn)行清理，可以用細(xì)砂布或不銹鋼絲刷擦，用丙酮或乙醇清洗焊絲 表面的油污等。

5、工藝規(guī)范

5.1 根據(jù)對(duì)鈦材焊接特性分析，鈦管焊接一般應(yīng)采用較小的焊接線能量。

因此，選擇較小的焊接規(guī)范進(jìn)行焊接,焊接規(guī)范詳見(jiàn)附表。

附表 鈦管焊接規(guī)范參數(shù)表

5.2 坡口要求見(jiàn)附圖。

6、注意事項(xiàng)

6.1 提前送氣為30~60s，滯后停氣30~60s。

6.2 上述規(guī)范鎢極直徑為3mm。

6.3 鈦比重小，組對(duì)間隔應(yīng)嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，否則易出現(xiàn)內(nèi)凹或焊瘤。

6.4 鈦熔點(diǎn)高、比重小，焊工在進(jìn)行管道封底焊時(shí)，應(yīng)熟練掌握送絲技巧,否則易出現(xiàn)內(nèi)凹、焊絲頭未熔等缺陷。

6.5 厚壁鈦管表層焊道較寬，為防止氧化應(yīng)采用排焊方法效果最佳。

6.6 鈦管焊接結(jié)束，對(duì)所有的焊縫均應(yīng)作100%的著色檢查和RT探傷，對(duì)國(guó)內(nèi)工程檢驗(yàn)按SHT-502-86標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

7、結(jié)束語(yǔ)

在施工過(guò)程中，班組采用了上述的工藝要求和防護(hù)措施，經(jīng)外觀檢查,所有的焊縫色澤都為銀白色，證明氬氣保護(hù)最佳。RT一次合格率達(dá)到98%,結(jié)果證明，局部保護(hù)罩的設(shè)計(jì)從根本上解決了鈦管焊接出現(xiàn)的低溫氧化難題，這要求我們?cè)谑┕ぶ袘?yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以有利于今后進(jìn)一步改進(jìn)和提高鈦管的焊接工藝。

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