钛管焊接工艺

王书堂

摘 要：钛和钛合金作为结构优良、密度高于钢，且抗拉强度高的金属材料，在300℃～500℃的高温下依然性能良好，因此其在航天航空事业、造船工业等一些对材料抗高温高压要求较高的行业中得到了广泛应用。不过，由于一些焊接问题的存在，比如气孔问题、裂纹问题、气体保护问题等，焊接过程中可能出现一定的困难。该文在研究过程中，对钛管的焊接制作了焊接工艺评定，制定了详细的焊接工艺参数，尤其是自行研制了气体保护罩装置，并对钛管焊接过程做了详细地介绍。

关键词：钛管焊接 气体保护罩装置 焊接工艺 参数

中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（b）-0083-02

2012年我公司在土耳其BIGA项目施工中，其中涉及到镍基、钛基两种有色金属管道材质，该文主要讲述钛管的焊接技术以及工艺要求。

材质为（ASME-B861 Ti2）钛管，规格Φ57*5～Φ325*5共计10个规格尺寸。Ti2为工业纯钛，强度为σb 450～600 MPa，其具有良好的塑性、韧性和抗腐蚀性，尤其具有很好的低温性能，所以钛基材料广泛用于化工、电力项目中。在管道预制安装项目前我们制作了各种焊接试验，采用不同气体保护参数进行试验，最终获得了最佳保护效果的焊接工艺，并对钛管材料的焊接进行了焊接工艺评定，编制了详尽的焊接工艺卡，从而保证了焊接质量。

1 钛管的焊接工艺

1.1 焊接性分析

钛及其合金具有很强的化学活泼性，当温度超过400 ℃时即开始与氧、氮、氢及碳发生反应，高于600 ℃时反应剧烈。而氧、氮、氢及碳含量的增加会导致钛及其合金焊缝金属的脆化，所以TA2钛管焊接时的气体保护是关键问题，同时控制焊缝及热影响区的温度，避免因过热产生粗大晶粒、过热组织，导致金属的机械性能降低。

1.2 焊接易出现的焊接缺陷

（1）气孔问题。焊接钛及其合金时，经过焊缝RT后经常会发现在熔合线附近产生聚集型气孔。气孔主要为氢气孔；由于氢在钛中的溶解度随温度的升高而降低，焊接时熔合线附近的温度高，会引起氢脱溶而出。如果焊接区周围气氛中的氢分压高，则熔融金属中的氢不容易析出，于是便聚集形成氢气孔。

（2）裂纹问题。焊接钛基材料时由于材质的硫、磷杂质含量很少，所以很少会出现热裂纹；但是焊接钛材时很有可能出现冷裂纹且具有延迟现象。主要是由于钛的导热性较差，热量散失慢，容易出现焊缝晶粒粗大；当气体杂质含量较高时，焊接接头的塑性降低，特别是当焊缝中溶解较多的氢时会形成氢脆。

1.3 气体保护

钛材焊接时由于对气体的纯度要求较高，所以我们选用 99.999%高纯度氩气；氩气所要保护的范围为熔池、热影响区域以及两侧熔合线以外各10 mm区域的母材。为此需要制定特殊的气体保护装置；管道内部使用氩气室装置进行保护。

1.4 焊前准备

1.4.1 坡口加工

钛管切割后，采用氧化铝砂轮机打磨出坡口，如图1所示，加工坡口不允许使母材产生过热变色。

1.4.2 坡口及焊丝清理

（1）坡口及其两侧各50 mm以内的内外表面进行清理，清理程序如下：光机打磨→砂纸轮抛光→丙酮清洗。清洗后不能直接进行焊接作业，待坡口端面晾干后方可以作业。如果放置时间超过2小时，须重新清理一遍或者采用自粘胶带及塑料布对坡口予以保护。

（2）操作人员在焊接过程中必须戴洁净的手套。

1.5 焊接材料的选用

依据母材的分组故选择匹配性较好的ERTi-2，规格为Φ2.0/2.4化学成分如表1所示。

1.6 主要的焊接参数

（1）氩气的流量大小直接影响在焊接过程焊缝的保护效果，根据验证的结果得出能够满足要求的气体流量参数。

（2） 焊接电流大小直接影响在焊接过程中的热输入量，所以根据验证的结果得出能够满足要求的焊接参数，如表2所示。

2 焊缝质量评定

焊接完成后主要通过焊缝外观表面颜色判断焊缝质量的好坏，焊缝表面的颜色主要与氩气保护、破口清洁度等有直接关系；具体根据表面颜色判定焊缝质量好坏如表3所示。

如果在焊接过程中焊缝表面出现蓝色或是青紫色应立即停止焊接，查找原因及时改进焊接措施；如果焊缝表面出现暗灰色应立即停止焊接进行返修，将暗灰色部分全部铲除，重新焊接。

3 结语

综上所述，在钛管焊接过程中，需要从焊接可能产生的问题即气孔问题、焊接裂纹问题以及气体保护问题等，对焊接的流程进行严格把控，做好焊接前的准备工作，保证坡口加工过程中的温度正常，确定坡口与焊丝的清理工作的有效完成，焊接材料选用的过程中，也需要严格按照具体要求参数执行。另外，从焊接结果来看，外观观察上所有的焊缝表面色为银白色时，其焊接工艺最佳。结合焊接流程而言，为了保证TA2钛管在焊接时的气体有效保护、控制焊缝和热影响区温度，尽可能避免因为温度过热产生较大的晶粒、过热组织等，需要在施工中注重各个环节流程，从焊接选材、材料清理、焊接过程中的温度选择、焊接各方面参数的设定角度入手，不断进行工作总结，以便钛管焊接工艺水平的有效提高。

参考文献

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