探討鈦管焊接技術(shù)措施與工藝控制要點(diǎn)

探討鈦管焊接技術(shù)措施與工藝控制要點(diǎn)本文首先介紹了鈦的焊接性，然后分析了鈦管焊接技術(shù)措施，最后探討了鈦管焊接工藝控制要點(diǎn)。標(biāo)簽：鈦管焊接；技術(shù)措施；工藝控制；要點(diǎn)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?。s4.5g/cm2）、抗拉強(qiáng)度高、比強(qiáng)度大等特點(diǎn)，在300?500°C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)部門日益獲得廣泛的應(yīng)用。在化工燒堿項(xiàng)目中就有TA2管道安裝。鈦的焊接性1.1鈦的熔點(diǎn)為1668C,密度小，導(dǎo)熱系數(shù)低。焊接時(shí)，焊縫區(qū)易產(chǎn)生粗大晶粒，形成過(guò)熱組織而使塑性下降；焊接冷卻較快又易產(chǎn)生不穩(wěn)定的脆性鈦馬氏體，同樣使得焊接接頭的塑性下降，焊接施工中，對(duì)線能量和冷卻速度要嚴(yán)格控制。鈦的彈性模量小，焊接變形大；冷變形的回彈能力大成形困難。要采取措施預(yù)防變形。常溫下鈦的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕性強(qiáng)。當(dāng)達(dá)到熔融狀態(tài)時(shí)，鈦能夠與周圍氣態(tài)元素氫、氧、氮、碳發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，生成化合物，從而嚴(yán)重地影響焊接接頭的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。必須采取鎢極氬弧焊，并充分氬保護(hù)。鐵的存在，會(huì)在富鐵相區(qū)與A相區(qū)建立自發(fā)電池，產(chǎn)生電偶腐蝕，特別在是焊縫和熱影響區(qū)會(huì)產(chǎn)生“優(yōu)先腐蝕”；同時(shí)鐵污染會(huì)導(dǎo)致加速吸氫，形成氫脆裂紋。因此，在焊接中要避免鐵的污染。1.5鈦不能與其它金屬熔焊，且易形成脆性的金屬間化合物，引起焊縫脆化。鈦管焊接技術(shù)措施為了使鈦管焊接能夠順利進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)焊接施工中采取的主要技術(shù)措施有：妥善的防污染措施、嚴(yán)格的清理措施及有效的惰性氣體保護(hù)措施。2.1防污染措施2.1.1準(zhǔn)備好實(shí)施條件在鈦管預(yù)制加工和焊接前，就要準(zhǔn)備好下列實(shí)施條件。2.1.1.1設(shè)置專用場(chǎng)所事先為鈦管預(yù)制加工與焊接準(zhǔn)備好專用場(chǎng)所。專用場(chǎng)所應(yīng)設(shè)在封閉良好的廠房?jī)?nèi)，嚴(yán)禁碳鋼、低合金鋼材料混入，更不許在同一場(chǎng)所加工、焊接。加工場(chǎng)地應(yīng)保持清潔、干燥且通風(fēng)良好。焊接作業(yè)盡量安排在室內(nèi)進(jìn)行，需要在室外焊接時(shí)應(yīng)安裝接口，要搭設(shè)好防風(fēng)、防雨、防雪設(shè)施，以避免自然環(huán)境的不利影響。焊接環(huán)境溫度不應(yīng)低于o°c,相對(duì)濕度不應(yīng)大于90%。2.1.1.2安排專業(yè)人員參加鈦管預(yù)制加工和焊接的人員，應(yīng)有一定的鈦材加工和焊接知識(shí)，對(duì)從事鈦材加工和焊接的人員，要進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，經(jīng)考核合格后方能上崗操作。施工人員的衣著要清潔、操作時(shí)應(yīng)帶上防護(hù)罩，穿絕緣鞋及戴防護(hù)手套。2.1.1.3使用專用工具用于鈦管預(yù)制加工和焊接的工具應(yīng)為專用工具，并要妥善保管，保持清潔干凈。2.1.2采取有效的防范措施在具備上述實(shí)施條件的基礎(chǔ)上，在鈦管預(yù)制加工中還要采取有效的防范措施，控制各種雜質(zhì)的污染。2.1.2.1防止雜質(zhì)污染在鈦管預(yù)制加工中，要防止各種雜質(zhì)的污染，尤其在采用氣割方法切割管子和加工坡口時(shí)要及時(shí)清除表面污染層。2.1.2.2防止鐵污染為防止鐵污染，應(yīng)盡量避免使用鐵制、碳鋼和低合金鋼制工具加工鈦管道嚴(yán)禁使用碳鋼鋼絲刷，需要時(shí)可以使用奧氏體不銹鋼鋼絲刷。采用機(jī)械方法切割管子和開坡口時(shí)，應(yīng)使用碳化硅或氧化鋁砂輪機(jī)清除鐵污染層。在鈦管上做標(biāo)記時(shí)，為防止鐵污染，嚴(yán)禁打鋼印，而用油漆做標(biāo)記。2.1.2.3防止過(guò)熱采用機(jī)械方法切割鈦管和加工坡口時(shí)，被切割表面溫度不得超過(guò)300C,為防止過(guò)熱變色，可采用噴水的方法進(jìn)行冷卻。2.1.3保護(hù)措施在施工和存放保管中，還要注意下述事項(xiàng)。待加工和加工完的鈦管，均應(yīng)用塑料布覆蓋好，以防塵土、油污和雜物等的污染。對(duì)鈦管進(jìn)行分類存放，并擺放在清潔的墊木上。嚴(yán)禁與碳鋼材料混堆，并不準(zhǔn)與碳鋼材料、機(jī)具接觸和碰撞。采取嚴(yán)格的清理措施在鈦管焊接中，熔池中有氫、氧、氮、碳時(shí)，是形成焊接氣孔的前提條件。焊前坡口表面與焊絲的清理程度對(duì)焊接質(zhì)量的影響非常大。如果坡口及焊絲的表面吸附有濕氣、水份、油污、灰塵、指紋，以及表面清理時(shí)殘留的棉紗和清洗劑，都會(huì)造成焊接氣孔。特別是在對(duì)接焊口的端面，如果存在以上臟物，影響尤其嚴(yán)重。為確保焊接質(zhì)量，焊前對(duì)焊件的焊接保護(hù)區(qū)和焊絲必須進(jìn)行嚴(yán)格、仔細(xì)的清理。現(xiàn)場(chǎng)采用的是“五步清理法”。具體的清理步驟如下。2.2.1清理表面污物鈦管焊接接頭的坡口端面、管壁內(nèi)外表面及在距管端面40mm的范圍內(nèi)母材表面上的一切氧化皮、鱗片、漆膜、殘留的污物、金屬碎屑、磨料粉塵、灰塵及可與鈦材發(fā)生化學(xué)作用的其它雜質(zhì)，均要用奧氏體不銹鋼絲刷和干凈的新棉紗將其清除干凈。粗切坡口表面毛刺及其它缺陷均要用細(xì)拉銼磨光。所有清理工具必須是專用的，不得使用砂紙和碳鋼鋼絲刷。2.2.2脫脂處理在表面污物被清理完后，進(jìn)行堿洗做脫脂處理，除掉表面上的油脂和碳?xì)浠衔?。堿洗后，用脫脂棉擦干堿洗過(guò)的表面，不得使用普通的棉紗、棉布和破布等。脫脂時(shí)用NaOH水溶液進(jìn)行堿洗，NaOH濃度為20-30%,溫度在50?60°C之間，清洗時(shí)間為5-10min。2.2.3酸洗處理脫脂處理后，為了除掉表面的氧化膜，需要對(duì)表面進(jìn)行酸洗處理。酸洗液是由鹽酸、硝酸、氟化鈉配制成的水溶液。其配方比例是：鹽酸（比重1.19）270mL+硝酸（比重1.4）55mL十氟化鈉40克，三者混合后加溫水（40C）至1000mL。酸洗時(shí)，待表面呈現(xiàn)銀白色為合格。酸洗時(shí)間也不能太長(zhǎng)，否則容易造成酸洗時(shí)鈦材吸氫。2.2.4酸洗后的表面，立即用溫度為60C的清水徹底沖洗，除去殘留在焊件表面上的酸液，然后用潔凈的白布擦干。2.2.5丙酮清洗在施焊前，對(duì)鈦管焊縫區(qū)表面還要用丙酮做最后一次清洗，以便徹底清除殘留在焊件表面上的各種雜質(zhì)。完成“五步清理”的焊件，要立即進(jìn)行施焊，不得停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，以免再次被污染。對(duì)于焊絲，按上述同樣程序進(jìn)行清理。2.3惰性氣體保護(hù)措施由于鈦在焊接熱源作用下，從熔融狀態(tài)到凝固態(tài)都會(huì)與空氣中的氧、氮、氫、碳發(fā)生作用，因此要獲得優(yōu)良的焊接質(zhì)量，對(duì)焊接區(qū)域采取惰性氣體保護(hù)是至關(guān)重要的。現(xiàn)場(chǎng)用于鈦管焊接的保護(hù)氣體選擇高純氬氣。具體措施如下。氬氣純度。氬氣質(zhì)量是確保焊接質(zhì)量的重要因素之一，主要控制指標(biāo)是純度和含水量。氬氣的純度不得小于99.99%,水份含量不得大于50mg/m3（或露點(diǎn)在-40°C以下）。保護(hù)方法。采用雙面保護(hù)法,管子的外面設(shè)保護(hù)罩,管子內(nèi)面用密封隔板（法蘭焊接時(shí)的保護(hù)方法與此大同小異）。保護(hù)范圍。氬氣保護(hù)分三個(gè)部分,同時(shí)進(jìn)行,缺一不可。一是利用焊炬噴咀保護(hù)熔池區(qū)，二是利用保護(hù)罩保護(hù)溫度在300C以上的焊縫區(qū)和熱影響區(qū)，三是利用密封隔板在管內(nèi)充氮?dú)獗Ｗo(hù)溫度高于300C的內(nèi)表面。2.3.4外部保護(hù)罩。保護(hù)罩用0.5mm厚的銅板或不銹鋼板制作。布?xì)夤苡?5xl的鋼管彎制，在布?xì)夤艹蛲鈿?cè)鉆兩排?1小孔，孔距5?6mm。加絲孔（觀察孔）在不影響觀察和焊絲進(jìn)給的情況下，要盡量開得小些，并靠近頂部。保護(hù)罩各部件用銅焊或錫焊連接。保護(hù)罩與管子外徑之間的間隙須嚴(yán)格控制，作到保護(hù)可靠、操作方便。內(nèi)部密封隔板。管內(nèi)密封隔板，由可溶于水的材料制成，并貼接在內(nèi)壁上，焊后不用清除，待做水壓試驗(yàn)時(shí)，自行溶解排除。氬氣輸送管采用銅管，用上述相同的方法與密封隔板粘接在一起。為防止在輸送過(guò)程中對(duì)氬氣的污染，現(xiàn)場(chǎng)采用新塑料管輸送氬氣，而不用橡膠或其它吸濕性材料。焊接起弧前充氬氣，將輸氣管內(nèi)、保護(hù)罩內(nèi)、密封隔板隔離出的空間內(nèi)的空氣置換干凈，并保持正微壓和呈流動(dòng)狀態(tài)。2.3.8在焊炬噴咀前加細(xì)銅絲網(wǎng)，以便使噴咀噴出的氬氣不發(fā)生紊流。鈦管焊接工藝控制要點(diǎn)3.1焊接設(shè)備的選擇根據(jù)鈦的焊接性，為保證用小電流快速施焊，選用可以提前供氣，熄弧時(shí)有電流衰減、延時(shí)通氣功能的ZX7-315IGBT逆變式焊機(jī)。3.2焊接材料電極選用直徑2mm的鈰鎢極，填充金屬用2mm的TA2焊絲或4mmx4mm的TA2切條，保護(hù)氣體采用純度為99.9%的工業(yè)氬氣。焊前準(zhǔn)備坡口加工?，F(xiàn)場(chǎng)用角向磨光機(jī)打磨，打磨時(shí)嚴(yán)格控制坡口表面的溫度，防止坡口表面過(guò)熱產(chǎn)生有害氣體污染。坡口和焊絲的表面處理。在焊接前，打磨坡口表面，露出金屬光澤后，用刮刀和銼刀將已打磨好的表面的氧化物、雜質(zhì)等清除干凈，用砂布將焊絲和坡口邊緣40?60mm范圍內(nèi)的氧化物清除干凈，再用丙酮清洗已處理好的表面，防止酸洗后產(chǎn)生殘留物。將用丙酮清洗后的焊絲和管子坡口浸入（2%?4%）HF+（30%?40%）HNO3+H2O酸洗液中歷時(shí)2?3min,酸洗后立即用水沖洗干凈，自然干燥后用白布將已處理好的表面包好，以防二次污染。焊接將管口外的保護(hù)白布拆下，用丙酮重新清洗坡口和焊絲表面。在焊接接頭的管道兩端加上橡膠堵頭，通入氬氣，將管內(nèi)空氣排凈后，進(jìn)行點(diǎn)固焊。點(diǎn)固焊長(zhǎng)度10?15mm,先點(diǎn)焊2點(diǎn)，從第3點(diǎn)處開始焊接，每一焊點(diǎn)熄弧時(shí)，焊炬要保證30s的延時(shí)通氣，確保焊點(diǎn)不被氧化。焊接時(shí)，由兩名民工配合，一名負(fù)責(zé)氬氣瓶的開關(guān)，另一名負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)動(dòng)管子或手持保護(hù)罩，對(duì)焊縫和熱影響區(qū)進(jìn)行跟蹤保護(hù)。為了增大氬氣對(duì)焊縫和溫度較高的熱影響區(qū)的保護(hù)，選用<12mm的噴嘴，直流正接，起弧前提前通氣，高頻引弧，焊接過(guò)程中，焊絲被加熱的端部自始至終保持在氬氣的保護(hù)之下，熄弧后繼續(xù)對(duì)焊縫和熱影響區(qū)400°C以上區(qū)域和焊絲被加熱的端部進(jìn)行保護(hù)，直至焊縫和熱影響區(qū)溫度降至400C以下。焊接第二層前，認(rèn)真檢查焊縫和熱影響區(qū)的色澤，將藍(lán)色或灰色的氧化物清理干凈。為了防止因接頭過(guò)熱引起塑性降低，層間溫度應(yīng)保證在200C以下。鈦在熔化狀態(tài)下的粘度和流動(dòng)性和奧氏體不銹鋼相當(dāng)，焊接時(shí)的操作手法和焊接奧氏體不銹鋼基本相同。法蘭與管接頭的焊接焊接法蘭與管接頭時(shí)，由于法蘭散熱條件好，無(wú)保護(hù)罩也可以取得良好的效果。焊接時(shí)，先焊管外焊縫，管內(nèi)通氬保護(hù)；焊接內(nèi)焊縫時(shí)，管外可不通氬保護(hù)，管內(nèi)間斷焊接