淺談鈦合金管道的焊接質(zhì)量控制
摘要：鈦以及鈦合金以其優(yōu)良的耐酸腐蝕性能被人們所看重，越來越多地被用來制作成設(shè)備和工藝管道，應(yīng)用到帶有強酸物料的反應(yīng)器、輸送管道上。但鈦及鈦合金由于在高溫下易與多種元素和化合物發(fā)生反應(yīng)而脆化，特別是焊接過程中，一經(jīng)吸收了空氣中的氧、氮等元素，溶解在鈦材金屬中會使合金顯著變硬，降低鈦金屬的延展性而使其變脆，造成管道斷裂和設(shè)備損壞。所以研究鈦以及鈦合金的焊接對于應(yīng)用它們的生產(chǎn)裝置的建設(shè)和維護有著重要意義。
隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)被應(yīng)用到石油加工上，同時一些強酸或強腐蝕性物料由于它們的強氧化性和較好的催化性能被應(yīng)用到石油化工反應(yīng)中，但一旦泄露，會造成很嚴(yán)重的后果，所以如何來制作這些強酸強腐蝕性物料的容器及輸送它們的管道成為人們關(guān)注的重點。鈦以及鈦合金以其優(yōu)良的耐酸腐蝕性能被人們所看重，越來越多地被用來制作成設(shè)備和工藝管道，應(yīng)用到帶有強酸物料的反應(yīng)器、輸送管道上。但鈦及鈦合金由于在高溫下易與多種元素和化合物發(fā)生反應(yīng)而脆化，特別是焊接過程中，一經(jīng)吸收了空氣中的氧、氮等元素，溶解在鈦材金屬中會使合金顯著變硬，降低鈦金屬的延展性而使其變脆，造成管道斷裂和設(shè)備損壞。所以研究鈦以及鈦合金的焊接對于應(yīng)用它們的生產(chǎn)裝置的建設(shè)和維護有著重要意義。本文結(jié)合某項目醋酸裝置鈦合金管道的安裝，淺談鈦合金管道的焊接質(zhì)量控制。
1.影響焊接質(zhì)量的主要因素分析
1.1成型焊區(qū)高溫?zé)峒皻怏w保護的影響
在常溫下，鈦合金性能較穩(wěn)定，高溫下，特別是在施焊過程中，鈦合金與氧、氫、氮反應(yīng)的速度極快，根據(jù)有關(guān)資料介紹，鈦合金在施焊過程中，溫度在300℃以上時能快速吸氫、溫度在600℃以上時能快速吸氧、溫度在700℃以上時能快速吸氮，而在空氣中的氧化最為敏感。試驗證明：當(dāng)鈦合金在焊接時，如果熔池中侵入氧氣、氮氣等有害氣體，則被焊部位的塑性、韌性和表面顏色等都有明顯的改變；其機械性能顯著下降；過熱傾向增高。經(jīng)對焊接進行彎曲實驗，焊肉發(fā)生斷裂現(xiàn)象，其周圍10mm左右處的母材也出現(xiàn)了較明顯的渣裂現(xiàn)象。因此，在進行鈦合金焊接時，對熔池、熔滴及高溫區(qū)，不管是正面還是反面，都應(yīng)進行全面、可靠的氣體保護。采取氣體保護措施的目的：一是防止焊區(qū)周圍的有害氣體進入熔池；二是控制成型后焊肉區(qū)的高溫?zé)岙a(chǎn)生。如果焊接區(qū)域得不到氣體的有效保護，必將導(dǎo)致焊接質(zhì)量的下降，嚴(yán)重時將導(dǎo)致產(chǎn)品的報廢。
1.2雜質(zhì)氣體、元素的影響
鈦合金的焊接缺陷產(chǎn)生是比較常見的，如氣孔、裂紋等。產(chǎn)生這些缺陷的原因主要受氫、鐵、碳等氣體、元素的影響。實驗證明氫、鐵、碳等氣體、元素在焊接時與鈦合金的溶解度大小有關(guān)，它們主要來源于潮濕的空氣、環(huán)境；保護氣體的純度；焊件及焊絲表面上的水分、油污等。其中產(chǎn)生“氣孔”的原因主要是來自油污及保護氣體中的雜質(zhì)中；產(chǎn)生“裂紋”的原因主要是來自水分及油污中。焊接缺陷的產(chǎn)生除了影響焊件的密封性質(zhì)量要求外，同時還降低了接頭的強度、韌性、疲勞等機械性能，對產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響。所以，焊接時應(yīng)加以控制。
2.對焊接質(zhì)量的控制
2.1焊件及焊材的焊前清理
焊接缺陷的產(chǎn)生與焊件、焊絲表面清潔度有很大關(guān)系，因此焊前應(yīng)將管接頭端邊緣不少于40mm處范圍內(nèi)及焊絲表面的油污、水、氧化膜及其他贓物清理干凈。管端邊緣的清理可用0.3mm粗電動或手動不銹鋼絲刷刷至金屬光亮色，焊絲表面可用80目～100目金剛石紗布進行打磨至金屬光亮色。以上經(jīng)處理的管端及焊絲表面，都應(yīng)用潔凈的白綢布蘸丙酮擦凈。
2.2焊接溫度及氣體保護
鈦管接頭在焊接時，為了防止整個焊接區(qū)域在高溫下不被有害氣體及元素污染，必須對焊區(qū)及成型焊肉進行必要的焊接溫度控制。控制溫度的主要方法：一是對表面成型焊肉區(qū)，加保護氣體拖罩；二是將被焊接頭管內(nèi)，充滿保護氣體；保護氣體的純度值應(yīng)等于或大于99.99%；保護氣體的流量應(yīng)滿足焊接技術(shù)要求規(guī)定值，最終要使保護氣體的保護效果，達到焊接質(zhì)量上的溫控要求；焊接過程中，及時進行層間問題測量，采用層間間歇施焊，保證層間溫度不超過100℃。
2.3焊接方法及要求
2.3.1按技術(shù)要求合理選擇焊接接頭型式、焊接參數(shù)及氣體保護方式等；
2.3.2施工人員和焊工佩戴潔凈的白細紗布手套；
2.3.3用絲粗為0.30mm不銹鋼絲刷，將對接焊縫處刷至銀白金屬色，然后用干凈白綢布蘸少許丙酮將焊接區(qū)域擦凈，經(jīng)處理的焊區(qū)嚴(yán)禁用手觸摸和接觸鐵制物品；
2.3.4焊接工作盡可能在室內(nèi)進行，環(huán)境風(fēng)速應(yīng)不大于0.5m/s，并不應(yīng)有過堂風(fēng)；
2.3.5焊接設(shè)備一般選用“手工鎢極氬弧焊機”其性能滿足焊接參數(shù)要求；
2.3.6對接管定位點焊時，其對接間隙一般為0.5mm左右；
2.3.7進行對接管的焊接時，為了使焊縫成型質(zhì)量達到單面焊雙面成型要求，焊縫的成型應(yīng)進行兩次焊接工作：一次為封底焊接，另一次為成型焊接，并按要求進行相應(yīng)的氣體保護；
2.3.8氣體保護拖罩與焊具的距離應(yīng)以最短為佳，與管壁接觸的間隙力求最?。?/span>
2.3.9施焊引弧時應(yīng)先通氣10s～15s，息弧時不能馬上抬起焊具，應(yīng)繼續(xù)供氣保護焊區(qū)，直到溫度降至100℃以下；
2.3.10焊接時，焊具不應(yīng)左右擺動，焊絲熔化端不得移出氣體保護區(qū)；
2.3.11每道焊縫應(yīng)盡可能一次焊完，必需接焊的焊縫，在焊前應(yīng)將接口處清理干凈，焊肉搭接長度在10mm～15mm之間。
2.4焊縫及熱影響區(qū)合格標(biāo)準(zhǔn)
2.4.1焊縫余高：當(dāng)壁厚小于5mm時，為0-1.5mm；當(dāng)壁厚大于5mm時，為1.0-2.0mm；
2.4.2焊縫表面不得有咬邊、夾鎢現(xiàn)象；
2.4.3每道焊道的色澤檢查應(yīng)在焊后清理之前進行，合格標(biāo)準(zhǔn)見表；
鈦材焊道色澤檢查合格標(biāo)準(zhǔn)
2.5焊后處理及檢測
鈦管接頭的焊接質(zhì)量首先要進行焊接區(qū)域的表面顏色檢驗，保護效果在“良好”以上為合格。對保護效果不理想的接頭，應(yīng)根據(jù)實際情況進行必要的質(zhì)量處理。一般情況下，氧化效果較輕時可用不銹鋼絲刷將氧化部位刷至金屬光亮色（銀白色）或進行酸洗處理，以保證內(nèi)部金屬不被繼續(xù)氧化。外觀檢查合格的焊縫需進行100%射線探傷，檢測合格方能進行后續(xù)安裝工作。
3.焊接過程中控制重點
3.1有效控制焊接層間溫度，避免鈦合金與氮、氫、氧氣體及鐵、碳元素間的吸收和溶解。
3.2焊接用的保護氣體盡可能地采用高純度氬氣，保護效果應(yīng)良好，其流量值在規(guī)定范圍內(nèi)。
3.3焊接區(qū)域及焊絲的表面應(yīng)進行氧化皮、油脂等污物的去除，焊件接頭應(yīng)盡可能一次（在8h內(nèi)）完成施焊工作。
3.4現(xiàn)場焊縫的焊接，要盡量滿足鈦材焊接的環(huán)境要求。
4 .結(jié)束語
實踐證明，在進行鈦管接頭焊接時，只有在各個環(huán)節(jié)上加以良好控制，才能確保焊接質(zhì)量滿足使用要求。有了焊接質(zhì)量的保證，鈦材能夠在更多的特殊環(huán)境條件下使用。
