一、焊接方法的選擇

由于工業(yè)純鈦化學(xué)性能非常活潑，與氧、氮、氬的親和力大，普通焊條電弧焊、氣焊及 CO2氣體保護(hù)焊都不適用于鈦及鈦合金的焊接。我們選用手工鎢極氬弧焊進(jìn)行鈦管道的焊接，利用焊槍噴嘴和內(nèi)、外氣體 保護(hù)托罩噴出的氬氣，把焊縫區(qū)和焊接熱影響區(qū)金屬與空氣隔開，以防止空氣侵入。

二、焊接材料的選擇

2. 1 填充焊絲的選用

鈦管道焊接用的焊絲成分應(yīng)與母材金屬相同，其表面不得有燒皮、 裂紋、氧化色或金屬、非金屬夾雜物等缺陷存在；焊絲在焊接前應(yīng)進(jìn)行 烘干。

2. 2 保護(hù)氣體的選用

鎢極氬弧焊時(shí)氬氣必須選用純度在≥99. 999%以上高純度氬氣。在大管徑鈦管道焊接過程中，由于要求連續(xù)充氣，中途不允許中斷停氣， 所以， 大管徑鈦管焊接時(shí)可采用純度高、容 暈大的液態(tài)氪氣 ( 1 瓶液氪相當(dāng)千 30 余瓶氣態(tài)氪氣的容量）。每個(gè)液態(tài)氪氣瓶需做一個(gè)分氣缸， 分氣缸上安裝 4--5 個(gè)分氣嘴， 分別接上氬氣表， 一個(gè)液態(tài)氪氣瓶就可供4--5人同時(shí)焊接。液態(tài)氪氣使用裝置見圖1

圖1 液化氬氣使用裝置示意圖

三、鈦管道坡口形式的選擇及坡口的清理

3.1坡口形式的選擇

在選擇鈦管道的焊接坡口形式時(shí)，應(yīng)考慮盡最減少焊接層數(shù)和金屬填充量， 以降低焊縫的累積吸氣量， 防止焊接接頭塑性下降。紹興 30 萬(wàn)噸／年 PTA 裝置 DN10000mm 鈦管道的厚度為 10.2mm , 我們選擇的坡口形式及尺寸見圖 2。

圖 2 焊接坡口形式及尺寸

3.2坡口的清理

鈦管道焊接前，應(yīng)采用機(jī)械或化學(xué)清洗方法，對(duì)焊接坡口及其兩側(cè)各50mm 范圍內(nèi)的氧化皮、油脂和污染物等進(jìn)行徹底清理。

a、機(jī)械清理

用不銹鋼絲刷或硬質(zhì)合金餃刀等機(jī)械方法對(duì)焊接坡口表面的氧 化膜進(jìn)行清除，清理工具應(yīng)專用并保持清潔，防止鐵污染等問題出現(xiàn)。

b、化學(xué)清洗

用酸洗溶液對(duì)焊接坡口進(jìn)行酸洗，清除其表面的氧化膜，酸洗后， 用清水沖洗并用絲布擦干。酸洗后的焊接坡口表面應(yīng)呈現(xiàn)銀白色。

3.3焊絲的清理

鈦管道焊接前，應(yīng)采用機(jī)械或化學(xué)清洗方法，對(duì)焊接使用的鈦焊絲進(jìn)行徹底的清理，鈦焊絲清理使用的方法和清理要求與坡口清理的方法和要求一致。

四、焊縫的組對(duì)和點(diǎn)固焊

4.1焊縫的組對(duì)

為了減少在鈦管道焊縫組對(duì)過程中鐵離子對(duì)已完成清理的坡口的污染， 保證焊口的組對(duì)質(zhì)量， 應(yīng)特制專用的活動(dòng)對(duì)口卡具進(jìn)行輔助對(duì)口。這即可避免因在組對(duì)過程中使用鐵質(zhì)件而造成的鐵離子對(duì)焊接 坡口的污染；也可在焊口組對(duì)時(shí)通過調(diào)節(jié)絲杠，使管口保證同心，防 止對(duì)口錯(cuò)邊現(xiàn)象的產(chǎn)生。活動(dòng)對(duì)口卡具見圖 3。

圖 3 活動(dòng)對(duì)口卡具示意圖

4.2焊縫的點(diǎn)固焊

鈦管口組對(duì)點(diǎn)固焊點(diǎn)的間距應(yīng)以100-150mm 為宜 ，點(diǎn)固焊點(diǎn)的長(zhǎng)度以 10-15mm 為宜。點(diǎn)固焊所用的焊絲、焊接工藝參數(shù)及保護(hù)氣體等條件應(yīng)與正式焊接相同。

五、焊接管口內(nèi)、外部氣體的置換和保護(hù)

5.1焊接管口內(nèi)部氣體的置換和保護(hù)

管口組對(duì)完成后， 應(yīng)先進(jìn)行管口內(nèi)部的氣體置換。對(duì)管徑DN1000的鈦管道，為加快氣體置換速度，降低氣體使用成本，且又能保證管口內(nèi)部氣體的置換質(zhì)量， 我們使用的氣體置換方式是： 人進(jìn)入管道內(nèi)部， 手持一個(gè)內(nèi)部氣體保護(hù)托罩（內(nèi)部氣體保護(hù)托罩由輸氬管、不銹鋼絲網(wǎng)、拖罩外殼和手持銅管組成）， 在開始焊接部位 ， 形成一個(gè)與周圍空氣隔開的半封閉空間，然后通過放置在拖罩下部的輸氬管對(duì)氣體拖罩內(nèi)部進(jìn)行充氬，進(jìn)入拖罩的氬氣，通過不銹鋼絲網(wǎng)均勻地向氣體拖罩內(nèi)部的半封閉空間擴(kuò)散，并逐漸將已封閉在氣體拖罩范圍內(nèi)的空氣完全排空，使處在氣體拖罩封閉范圍內(nèi)的高溫焊道及其熱影響區(qū)， 在整個(gè)焊接過程中始終處于氬氣的充分保護(hù)之下，并持續(xù)到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到 200°C 以下。在焊接過程中， 人拿著內(nèi)部氣體保護(hù)托罩隨著外部的焊接電弧同步移動(dòng)，使管道內(nèi)部的焊縫及熱影響區(qū)金屬始終處于氬氣的保護(hù)之下。內(nèi)保護(hù)操作示意圖見圖 4

在進(jìn)行管道內(nèi)部氣體保護(hù)時(shí)，為了加快焊縫及熱影響區(qū)金屬的冷卻速度， 提高保護(hù)效果， 同時(shí)也為了加 快焊接速度， 焊接過程中盡量使用出口流量大、溫度低、儲(chǔ)存最大的液氪進(jìn)行氣體保護(hù)和氣體置換。

圖 4 內(nèi)保護(hù)防護(hù)氣罩操作示意圖

5.2焊接管口外部氣體的置換和保護(hù)

由于鈦金屬具有的高溫化學(xué)活潑特性，在焊接過程中僅依靠氪弧焊 焊槍噴嘴噴射出的氬氣對(duì)熔池和高溫焊道及其熱影響區(qū)的保護(hù)，是無法保證焊接質(zhì)質(zhì)量的。為了增大鈦管焊接過程中的氬氣保護(hù)面積、延長(zhǎng)氬氣保護(hù)時(shí)間， 保證焊接質(zhì)量， 必須特制管道外部氣體置換保護(hù)裝置， 對(duì)在高溫狀態(tài)下的焊接熔池和高溫焊道及其熱影響區(qū)進(jìn)行焊接輔助保護(hù)。

我們使用外保護(hù)氣體托罩進(jìn)行管口外部氣體保護(hù)。焊接管口外部保 護(hù)氣體拖罩由輸氬管、不銹鋼絲網(wǎng)、拖罩外殼、焊炬等構(gòu)成。焊接管口外部空氣置換過程與內(nèi)部氣體置換過程完全一致。常用的外保護(hù)氣體拖罩見圖 5。

圖 5 焊接管口外保護(hù)氣體拖罩示意圖

六、焊接管口內(nèi)、外部氣體的保護(hù)質(zhì) 量的檢測(cè)

焊接管口內(nèi)、外部托罩充氪置換工作完成后 ， 應(yīng)進(jìn)行試焊， 通過觀察焊道色澤來判斷充氬置換和氣體保護(hù)的，只 有在確認(rèn)充氪氬置換和氣體保護(hù)質(zhì)暈已經(jīng)達(dá)到合格要求后， 方可進(jìn)行正式焊接。鈦焊道的色澤檢查表見表1。

焊縫和熱影響區(qū)的表面顏色表 1

七、鈦管道焊接工藝參數(shù)的選擇

為了防止焊縫在高溫過熱區(qū)停留時(shí)間較長(zhǎng)并避免焊后冷卻過程中 形成脆硬組織， 鈦管道焊接過程中應(yīng)選用小規(guī)范進(jìn)行焊接。鈦管的焊接工藝參數(shù)選擇見表 2。

鈦管焊接工藝參數(shù)表表 2

八、大管徑鈦管道的焊接要點(diǎn)

鈦管道的焊接施工， 必須編制焊接工藝卡并按照焊接工藝卡規(guī)定的焊接工藝進(jìn)行施焊， 嚴(yán)格控制焊接線能量， 以減少焊接熱輸入， 縮短在焊縫高溫過熱區(qū)的停留時(shí)間， 防止形成脆硬組織和晶粒粗大現(xiàn)象的產(chǎn)生， 焊接層間溫度不得高千 200°C 。

焊接過程中必須制作并正確使用內(nèi)、外氣體保護(hù)拖罩， 以確保在焊接過程中對(duì)焊道、焊接熱影響區(qū)的保護(hù)質(zhì)量。為使焊接區(qū)域 處于良好的保護(hù)狀態(tài)， 焊槍噴嘴直徑應(yīng)選擇 20-25mm 為宜； 焊槍噴嘴噴出的氬氣應(yīng)保持穩(wěn)定層流。

起弧時(shí)，焊槍必須提前送氣，并采用高頻引弧；息弧時(shí)，應(yīng)使用電 流衰減裝置和氣體保護(hù)裝置；焊接弧坑必須填滿；焊接時(shí)，粘貼在坡口 處的高溫膠帶應(yīng)隨焊接隨揭開。

焊接過程中，填充焊絲的加熱端應(yīng)始終處在氬氣的保護(hù)之下，息弧 后應(yīng)在焊縫脫離氪氣保護(hù)時(shí)方可取出；焊絲如被污染或氧化變色時(shí)，其 污染或氧化變色部分應(yīng)予清除。

焊接過程中應(yīng)注意觀察焊道色澤，以確認(rèn)氣體保護(hù)效果和焊接質(zhì) 量。如在焊接過程中發(fā)現(xiàn)有明顯的焊縫氧化現(xiàn)象時(shí)， 應(yīng)立即停止焊接， 待查明原因并實(shí)施糾正處置后才能繼續(xù)焊接。

現(xiàn)場(chǎng)施焊時(shí)，必須采取防風(fēng)措施，以防環(huán)境風(fēng)對(duì)焊接保護(hù)區(qū)的影響， 確保氬弧氣體的焊接保護(hù)效果。

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