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| 文章来源：公司办 访问11575次 2011-08-21 14:08:09 |
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根据工艺要求及钛本身良好的性能，在国内很多的
化纤工程，特别是在PTA装置中钛材管道被广泛地应用。
但是钛在固熔状态下250oC开始吸收氢，从400oC开始吸
收氧，从600oC开始吸收氮，且随着温度的提高，其吸
收能力也随之增强。当钛金属在吸收了一定数量的氧、
氮、氢等气体杂质之后，其屈服极限和延伸率等力学性
能将急剧下降。因此对钛的焊接要求很高，本文对钛焊
接时常见的缺陷进行分析，制定了合理的焊接工艺，从
而提高了钛管的焊接质量，保证了工程质量与进度。
l钛材管道焊接的缺陷分析
1．1 气体等杂质污染倾向分析
常温下工业纯钛比较稳定，与氧生成致密的氧化膜
具有高的耐腐性能。但在高温下其化学活性急剧增大，
具有极强的吸收空气中氧、氢、氮等杂质的能力，降低
焊接接头的塑性和韧性。在熔化状态下尤其严重。因
此，焊接时对温度超过250cc的焊缝和热影响金属(包
括熔池背面)都要加以妥善保护。
1．2 粗晶倾向分析
由于工业纯钛的熔点高、导热性差，导热系数低，
热容量小，电阻系数大，在焊接过程中，液态熔池金属
具有尺寸大、高温停留时间长和冷却速度慢等特点。这
种情况容易使焊接接头产生过热组织，晶粒变得粗大，
脆化倾向明显。
1．3 焊接气孔倾向分析
气孔是较为常见的缺陷。形成的因素很多，也很
复杂，0，、N，、H，、CO?[3H，0都可能引起气孔。但一般认
为氢气是引起气孔的主要原因，气孔多集中在熔合线
附近，有时也发生在焊缝中心线附近。氢在钛中的溶
解度随温度升高而降低，在凝固温度处有跃变。熔池
中部比溶池边缘温度高，故熔池中部的氢易相熔池边
缘扩散富集。防止焊缝气孔的关键是杜绝有害气体的
一切来源。
1．4 焊接裂纹倾向分析
由于纯钛中硫、磷、碳等杂质很少，低熔点共晶难
在晶界出现，而且结晶温度区窄和焊缝凝固时收缩量小
等，所以很少会产生热裂纹。
焊接纯钛时极易受到氧、氢、氮等杂质污染，当这
些杂质含量较高时，焊缝和热影响性能变脆，在焊接
应力作用下易产生冷裂纹。其中氢是产生冷裂纹的主
要原因。氢从高温熔池向较低温度的热影响区扩散，
当该区氢富集到一定程度将从固溶体中析出TiH。使之脆
化；随着TiH。析出将产生较大的体积变化而引起较大的
内应力。这些因素，促使冷裂纹的生成，而且具有延
迟性质。
2钛材管道的焊接
2．1 根据对以上缺陷的分析，在现场一般选择钨
极氩弧焊，使用电极为铈钨极，焊接环境必须清洁、干
净。现场固定口焊接时，要求搭设临时防风棚。
保护气体选用纯度在>t99．999％以上高纯液态氩气。
在焊接时采用特殊的保护装置一喷嘴加托罩见图l，氩气
从拖罩中喷出，用以保护焊接高温区域，拖罩的尺寸可
根据焊缝形状、焊件尺寸和操作方法确定。焊件背面也
需采用充氩保护装置。结构复杂的焊件由于难以实现良
好的保护，宜在充氩一氦混合气的箱内焊接。
图1 钨极氩弧焊的焊炬托罩及保护装置
1．焊炬；2．气保护托罩，3．焊件：4．挡板
2．2 焊前的清理
焊接前应将焊丝和焊件表面的油污和氧化物清理干
净，以防止焊缝增碳、氧、氢，使焊缝产生气孔和裂
纹，并降低焊缝金属的力学性能。坡口必须用绞刀和金
刚石锉刀处理去氧化膜、毛刺(因毛刺会导致产生气
孔)，用丙酮连同焊丝一块擦洗干净。处理完氧化膜的
坡口要求4h之内焊接，如果4h之内没有施焊，再施焊前
必须重新处理氧化膜方能焊接。
2．3 钛管道的焊接操作要点
2．3．1 钛管焊接时焊缝间隙收缩量相对较大，坡口
间隙要略微增大，坡口间隙宜为4mm，不留钝边。封底焊
丝宜 2mm，封底焊丝直径太粗不易掌握。焊丝须酸洗后
才可使用，也可用砂纸打磨再用丙酮擦洗后施用。
2．3．2 组对前，焊工必须戴洁净的手套，严禁用铁
器敲打，铁的污染会降低力学性能和耐腐蚀性能，也不
宜用胶皮锤，必要时可采用木锤。焊缝组对时，点固焊
不能按点固不锈钢焊缝一样坡口两边搭桥。点固点要求
和正式焊缝一样，焊缝内要求充好氩气才能点固焊，大
口径管道可以用背面保护拖罩保护，点固焊完后，用绞
刀将点固点两侧打出斜坡(或点固点尽量小)，以利接
头，然后用高温可熔纸贴起。
2．3．3焊接时为防止弧坑缩孔、裂纹，焊接电弧宜用
电弧衰减。焊接时全部采用氩弧焊，如果采用短弧焊，
劳动量较大，故宜采用长弧焊接。
2．3．4 焊缝封底焊接前，应将管内空气置换干净
后，再进行焊接。试验管道内充氩气是否合格。可采用
加
以下办法，把焊丝头放在焊缝上用氩弧焊烧一下(注意
不要烧到焊缝坡口)，迅速放到管道里面，等冷却后拿
出，焊丝头银白色为合格，可以正常焊接，变蓝色为不
合格，须剪掉端部才可正常使用。
2．3．5 焊缝封底焊时，由于有保护气体托罩，焊枪
摆动不方便、不灵活，容易出现内部焊缝凹陷、两边咬
边、未熔合等缺陷。封底焊一般不容易出现塌陷。注意
接头时一定把接头处用绞刀绞出斜坡，以利接头。打底
层一般采用仰脸焊位置内填丝法，立、平焊部位外填丝
方法进行施焊。仰脸焊接头掌握不好，容易出现内凹缺
陷。焊接接头时待出现熔孔后再给送焊丝，前两滴可多
给点焊丝，避免接头内凹，过后按正常焊接。拖罩气体
流量宜为30～40L／min。
2．3．6焊接时焊丝要顺着坡口沿着管子的切点，送到熔
池的前端，利用熔池的高温将焊丝熔化。焊枪和焊丝角度要
保持好，80。～1D0。为宜，特别是焊丝和管道坡口的倾角不
宜太小，否则，焊丝容易和焊缝坡口焊(沾)到一起，不利焊
丝送进。焊接过程中，焊丝不能与钨极接触或直接深入电弧
的弧柱区，否则造成焊缝夹钨和破坏电弧稳定。
2．3．7 无论什么位置的焊接，钨极都要垂直于管子
轴心，这样能更好地控制熔池的大小，而且可使喷嘴、
拖罩保护气均匀地保护熔池不被氧化。根据保护拖罩长
度情况，焊接长度一般1 OOmm就应停止，等焊缝退去红色
变银白色后，再继续施焊。观察焊缝颜色时不要拿开拖
罩，也不宜从拖罩前方观察，观察时从拖罩后方为佳。
层间温度要低于50oC，用手摸着焊缝不烫手为宜，最好
等焊口冷却后再焊接第二遍。急时可用冷风吹焊缝，或
用湿布擦拭焊缝两侧，注意不能擦拭焊缝。
2．3．8焊接停止收弧时，要填满弧坑，焊枪和拖罩气
体延时保护，避免焊缝在高温下被大气污染，使焊缝成
为合格颜色。焊丝端部不能马上抽离保护区，否则，焊
丝端部马上变色氧化，不能再继续使用。如再使用时，
要用钳子剪去氧化端部方能使用。
2．3．9 收尾处打磨成斜坡状，焊至斜坡时，暂停给
丝，先用电弧把斜坡处熔化成熔孔，迅速加焊丝，使焊
缝封闭，注意焊到后半圈剩一小半时，应减小内部保护
气体流量，以防止气压过大而使焊缝内凹。
2．3．10 气体保护不好，容易出现气孔，和脆硬组织，发生脆断。焊缝和热影响区银白色为最佳，
黄色为差，蓝色不合格。
2．3．11 选择的焊接工艺参数见下表：
3采用以上方法焊接的效果
采用以上方法在国内的多套PTA装置
进行钛管道焊接，取得良好的效果，焊IZl外观多为银白
色，有少量的淡黄色， 一次拍片合格率均在
97％以上。
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