鈦管焊接工藝

王書堂

摘 要：鈦和鈦合金作為結構優良、密度高于鋼，且抗拉強度高的金屬材料，在300℃～500℃的高溫下依然性能良好，因此其在航天航空事業、造船工業等一些對材料抗高溫高壓要求較高的行業中得到了廣泛應用。不過，由于一些焊接問題的存在，比如氣孔問題、裂紋問題、氣體保護問題等，焊接過程中可能出現一定的困難。該文在研究過程中，對鈦管的焊接制作了焊接工藝評定，制定了詳細的焊接工藝參數，尤其是自行研制了氣體保護罩裝置，并對鈦管焊接過程做了詳細地介紹。

關鍵詞：鈦管焊接 氣體保護罩裝置 焊接工藝 參數

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

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

材質為（ASME-B861 Ti2）鈦管，規格Φ57*5～Φ325*5共計10個規格尺寸。Ti2為工業純鈦，強度為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、電力項目中。在管道預制安裝項目前我們制作了各種焊接試驗，采用不同氣體保護參數進行試驗，最終獲得了最佳保護效果的焊接工藝，并對鈦管材料的焊接進行了焊接工藝評定，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的化學活潑性，當溫度超過400 ℃時即開始與氧、氮、氫及碳發生反應，高于600 ℃時反應劇烈。而氧、氮、氫及碳含量的增加會導致鈦及其合金焊縫金屬的脆化，所以TA2鈦管焊接時的氣體保護是關鍵問題，同時控制焊縫及熱影響區的溫度，避免因過熱產生粗大晶粒、過熱組織，導致金屬的機械性能降低。

1.2 焊接易出現的焊接缺陷

（1）氣孔問題。焊接鈦及其合金時，經過焊縫RT后經常會發現在熔合線附近產生聚集型氣孔。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，焊接時熔合線附近的溫度高，會引起氫脫溶而出。如果焊接區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。焊接鈦基材料時由于材質的硫、磷雜質含量很少，所以很少會出現熱裂紋；但是焊接鈦材時很有可能出現冷裂紋且具有延遲現象。主要是由于鈦的導熱性較差，熱量散失慢，容易出現焊縫晶粒粗大；當氣體雜質含量較高時，焊接接頭的塑性降低，特別是當焊縫中溶解較多的氫時會形成氫脆。

1.3 氣體保護

鈦材焊接時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；氬氣所要保護的范圍為熔池、熱影響區域以及兩側熔合線以外各10 mm區域的母材。為此需要制定特殊的氣體保護裝置；管道內部使用氬氣室裝置進行保護。

1.4 焊前準備

1.4.1 坡口加工

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

1.4.2 坡口及焊絲清理

（1）坡口及其兩側各50 mm以內的內外表面進行清理，清理程序如下：光機打磨→砂紙輪拋光→丙酮清洗。清洗后不能直接進行焊接作業，待坡口端面晾干后方可以作業。如果放置時間超過2小時，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。

（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

依據母材的分組故選擇匹配性較好的ERTi-2，規格為Φ2.0/2.4化學成分如表1所示。

1.6 主要的焊接參數

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

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

2 焊縫質量評定

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

如果在焊接過程中焊縫表面出現藍色或是青紫色應立即停止焊接，查找原因及時改進焊接措施；如果焊縫表面出現暗灰色應立即停止焊接進行返修，將暗灰色部分全部鏟除，重新焊接。

3 結語

綜上所述，在鈦管焊接過程中，需要從焊接可能產生的問題即氣孔問題、焊接裂紋問題以及氣體保護問題等，對焊接的流程進行嚴格把控，做好焊接前的準備工作，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，也需要嚴格按照具體要求參數執行。另外，從焊接結果來看，外觀觀察上所有的焊縫表面色為銀白色時，其焊接工藝最佳。結合焊接流程而言，為了保證TA2鈦管在焊接時的氣體有效保護、控制焊縫和熱影響區溫度，盡可能避免因為溫度過熱產生較大的晶粒、過熱組織等，需要在施工中注重各個環節流程，從焊接選材、材料清理、焊接過程中的溫度選擇、焊接各方面參數的設定角度入手，不斷進行工作總結，以便鈦管焊接工藝水平的有效提高。

參考文獻

[1] 王靜，趙睿.鈦管TIG焊接工藝探討[J].石油化工設備技術，2010（1）：48-51，72.

[2] 王中年，強栓榜，賈月華，等.鈦管的焊接[J].焊接技術，2011（3）：49-50.

[3] 彭強.現場鈦管焊接要點簡析[J].工藝與設備，2013（3）：119-120.