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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流工业纯钛焊接工艺试验及焊接接头质量控制.精品文档.工业纯钛焊接工艺试验及焊接接头质量控制齐鲁石化公司检修公司 聂振海 1993.10钛及钛合金具有比重小，强度高及良好的高、低温性能，它在湿氯气中，氧酸盐、尿素、硝酸、石酸、石炭酸等大多数酸、碱、盐介质中有优异的抗裂性能和耐腐蚀性能，使之成为一种前景广范的新型结构材料，越来越广泛地应用在石油化工、军工、宇航、制药等各个领域。但是，由于钛在高温下，有很强的化学活泼性，熔点高，热熔量小，导热性差等特点，因此它的可焊性具有与碳钢、普通低合金钢、不锈钢、铝、铜等不同的显著特点。为了广开生产门路，适应我公
2、司化工生产的需要，我们进行了工业纯钛焊接工艺试验及焊接接头质量控制的专题研修。现简述如下：一、工业纯钛的种类及性能工业纯钛的牌号用汉语拼音字母TAx表示。TAD是碘法钛，TA4TA8、TB2、TC1TC10是钛合金。工业纯钛有TA1、TA2、TA3，其化学成分及常温机械性能见表1。工业纯钛的化学成分及板材的室温机械性能 表1牌号化 学 成 分 %状态板材厚度mm室温性能 ， 不小于不小于杂质 ， 不大于抗拉强度b ,kgf/mm2伸长率，%弯曲角度TiFeSiCNHOTA199.50.150.100.050.030.0150.15退火0.32.02.110.035504030140130TA2
3、99.20.300.150.100.050.0150.20退火0.31.01.12.02.110.0456035302510010090TA399.00.400.150.100.050.0150.30退火0.31.01.12.02.110.05570302520909080钛的机械性能与纯度有关，钛纯度越高，强度越低，但塑性增加。杂质与钛形成脆性化合物，使塑性、韧性急剧降低，因此，钛中杂质受到严格限制。钛与钢、铝、铜的部分物理性能比较见表2。钛与钢、铝、铜的部分物理性能比较 表2材 料比 重（g/cm3）熔 点（）导热系数 （卡/cm.秒）容积比热（卡/cm3 ）电阻系数P(欧姆/cm 105
4、)工业纯钛4.516800.0390.6854不锈钢7.914200.0891.173低碳钢7.815300.0961.1515铝2.76600.540.652.8铜8.910830.940.951.55钛的导热系数小，比热小，电阻系数大，与不锈钢相比在焊接时，所需功率还要小，而且焊透性也较好。二、工业纯钛的可焊性特点1、高温下易氧化工业纯钛的化工性质非常活泼，虽然常温下比较稳定，但在高温下易吸收氢、氧、氮等气体而变脆，使塑性显著下降。为了防止上述有害气体的污染，在焊接时需要采用特殊的工艺措施。- - - 2、焊接线能量对焊接接头性能的影响工业纯钛焊接接头的强度与母材相近，而塑性则明显比母材低
5、，过热区最低。分析其原因有两个方面：一方面由于钛材熔点高，导热性差，比热小，因此焊缝及过热区高温停留时间长，冷却速度慢，致使过热区出现粗大的晶粒，从而使塑性低。另一方面，如果焊缝冷却速度很快时，会出现相 相无扩散型转变。这种转变类似钢中的马氏体转变。而相又不同于钢中的马氏体，它的过饱和程度较低，冷却越快；过饱和程度越高，相越细密，塑性就越低。因此，工业纯钛焊接时应选择适当的线能量，使热影响区的冷却速度既不过慢，又不过快，从而防止晶粒严重长大及过量细小的相存在。3、焊接变形及冷裂纹倾向严重由于钛材弹性模量比钢小，所以在同样的内应力情况下，钛的焊接变形大，而且回弹大，所以又难以矫正。工业纯钛焊接时
6、，有时会出现延迟裂纹。氢是引起焊接裂纹的主要原因。裂纹多出现在热影响区，该区含氢量高，从而析出TiH2量增加，使其脆性增加。另外，析出氢化物时体积膨胀引起较大的组织应力，再加上氢原子向高应力区扩散及聚集，导致裂纹产生。减少焊接变形，防止裂纹的办法是采用正确的焊接程序，减少焊接接头上氢的来源。4、易产生气孔气孔是工业纯钛焊接中较常见的一种工艺缺陷。主要是氢气孔。钛焊缝气孔往往分布在熔合线附近，这是钛气孔一个特点。防止产生气孔主要是减少氢的来源。使用高纯度的氩气，焊件及焊丝表面要认真清洗，去除水分、油污、氧化皮、有机纤维及吸附的气体杂质。此外，要配合适宜的焊接工艺，如焊接速度等。三、工业纯钛的焊接
7、工艺要点1、焊接环境：焊接环境要求通风、干燥、无尘并与钢结构预制场所隔离。风速小于2m/秒，以室内（或棚内）作业为好。湿度小于90%。2、焊接器材焊丝的化学成分和力学性能要与母材相当，要求高塑性时，纯度应比母材高。氩气纯度大于等于99.99%，水分小于等于50ml/m3，露点低。焊机应有高頻引弧、电流衰减和气体延时保护装置。氩气纯度对对接接头表面颜色及接头弯曲角的影响 表3氩气纯度（%）99.9998.797.897.597.096.596.094.0接头表面氧化颜色银白浅黄深黄金紫深蓝灰蓝灰红灰白接头冷弯角（rad）1581451151149344390 TA3板材，板厚1.5mm采用软塑料
8、管输氩气。喷嘴直径1216mm。选用鈰钨极（或钍钨极），钨极磨削成图1所示形状。图1坡口形式 图2 坡口形式3、焊前准备坡口采用机械方法加工。坡口形状见图2。坡口及焊丝的清理。焊前应认真对焊丝及坡口进行清理，这是工业纯钛焊接中重要的一步。清理方法可采用机械清理：用细锉、奥氏体不锈钢丝刷或銑刀等，和化学清洗的方法。化学清洗方法见表4。钛合金酸洗溶液配方及规范 表4配方号组 分浸洗时间冲洗AHCl 350ml/L，HNO3 60ml/L,NaF 50ml/L,H2O余量室温下3min冷净水BHF 10%, HNO3 30%，H2O 60%室温下1min冷净水将焊丝表面及坡口两侧25mm以内的氧化皮
9、、油脂、毛刺和污物清理干净。最后用绸布沾丙酮或乙醇擦洗，以彻底除去油污及水分。清理完后必须在4小时内焊完，否则要重新清理。清理过的焊丝应在150200下保温使用，取用时应戴清洁手套。4、定位焊工业纯钛的定位焊，一定要采用与正式焊接完全相同的焊接材料和焊接工艺，- - -。点焊处不得有裂纹、气孔、夹渣及氧化变色等缺陷，一旦发现缺陷应及时消除重焊。定位焊长度10mm左右，间距150200mm，高度不超过壁厚的2/3。5、焊接方法工业纯钛采用手工钨极氩弧焊。手法采用左焊法，见图3、图4。直流正接。焊接位置采用平 焊接方向 图3 板材试件焊接方式 图4 管状试件焊接方式焊和管口的转动焊。在不妨碍观察的
10、前提下，弧长越短越好，不摆动或少摆动。焊接层数越少越好，以免引起晶粒粗大。6、焊接工艺参数焊接工艺参数见表5。焊接工艺参数 表5壁厚（mm）焊 接层 数钨 极直 径（mm）焊 丝直 径（mm）喷嘴直径（mm）层间温度（）焊接热输入量氩气流量（升/分）焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度(cm/min)喷嘴保护背面211.62.01216200407010127.51581216256103422.02.01620200801101214121525308155732.43.016202001001401214121525308158多层33162020012018012162025121525
11、30815宜采用较小的焊接规范。热输入量小于、等于35000J/cm，层间温度小于、等于200，小电流和较慢的焊接速度。这样即可以防止过热产生粗晶，又可防止或减少气孔、裂纹、咬边等焊接缺陷。7、- - - 四、工业纯钛的焊后检验1、焊道表面色泽的检查焊道表面色泽的检查，是检验工业纯钛是否被氧化，检查保护效果好坏重要的一环。每层每道焊道都应进行检查，发现不合格焊道应清除重焊。合格标准见表6。焊道色泽检查合格标准 表6焊 道 色 泽保 护 效 果质 量大约温度银白色（金属光泽）优合格300金黄色（金属光泽）良合格400紫色（金属光泽）蓝色（金属光泽）尚可。低温氧化，表面污染合格450劣。高温氧化，污染严重，焊缝性能下降。不合格500600灰色（金属光泽）劣。保护不好，污染严重不合格750暗灰色灰白色黄白色最后焊道也可用酸洗法确定是否合格，经酸洗除去颜色者为低温氧化，不能除掉的为高温氧化。焊缝酸洗技术条件 表7酸 洗 液 配 方24% HF+3040% HNO3+余量水（体积比）酸 洗 液 温 度不高于60酸 洗 时 间23分钟备 注酸洗后立即用清水冲洗干净晾干2、底层焊道均应将进行渗透探伤。3、对接接头应100%进行X射线探伤检验，合格标准见SHJ50286中国石油化工总公司标准“钛管道施工及验收规范”第4.4.2条。 图9 无特殊保护措施情况下焊道表面氧化情况