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(qiáng)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(huì)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(duì)于應(yīng)用它們的生產(chǎn)裝置的建設(shè)和維護(hù)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(shí)一些強(qiáng)酸或強(qiáng)腐蝕性物料由于它們的強(qiáng)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(huì)造成很嚴(yán)重的后果，所以如何來制作這些強(qiáng)酸強(qiáng)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(diǎn)。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(qiáng)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(huì)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(duì)于應(yīng)用它們的生產(chǎn)裝置的建設(shè)和維護(hù)有著重要意義。本文結(jié)合某項(xiàng)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(hù)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(shí)能快速吸氫、溫度在600℃以上時(shí)能快速吸氧、溫度在700℃以上時(shí)能快速吸氮，而在空氣中的氧化最為敏感。試驗(yàn)證明：當(dāng)鈦合金在焊接時(shí)，如果熔池中侵入氧氣、氮?dú)獾扔泻怏w，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(jī)械性能顯著下降；過熱傾向增高。經(jīng)對(duì)焊接進(jìn)行彎曲實(shí)驗(yàn)，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(jìn)行鈦合金焊接時(shí)，對(duì)熔池、熔滴及高溫區(qū)，不管是正面還是反面，都應(yīng)進(jìn)行全面、可靠的氣體保護(hù)。采取氣體保護(hù)措施的目的：一是防止焊區(qū)周圍的有害氣體進(jìn)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(hù)，必將導(dǎo)致焊接質(zhì)量的下降，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致產(chǎn)品的報(bào)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(shí)驗(yàn)證明氫、鐵、碳等氣體、元素在焊接時(shí)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(hù)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(hù)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(shí)還降低了接頭的強(qiáng)度、韌性、疲勞等機(jī)械性能，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響。所以，焊接時(shí)應(yīng)加以控制。
2.對(duì)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(dòng)或手動(dòng)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(jìn)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(hù)
鈦管接頭在焊接時(shí)，為了防止整個(gè)焊接區(qū)域在高溫下不被有害氣體及元素污染，必須對(duì)焊區(qū)及成型焊肉進(jìn)行必要的焊接溫度控制?？刂茰囟鹊闹饕椒ǎ阂皇菍?duì)表面成型焊肉區(qū)，加保護(hù)氣體拖罩；二是將被焊接頭管內(nèi)，充滿保護(hù)氣體；保護(hù)氣體的純度值應(yīng)等于或大于99.99%；保護(hù)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(hù)氣體的保護(hù)效果，達(dá)到焊接質(zhì)量上的溫控要求；焊接過程中，及時(shí)進(jìn)行層間問題測(cè)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(hù)方式等；
2.3.2施工人員和焊工佩戴潔凈的白細(xì)紗布手套；
2.3.3用絲粗為0.30mm不銹鋼絲刷，將對(duì)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(jìn)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(jī)”其性能滿足焊接參數(shù)要求；
2.3.6對(duì)接管定位點(diǎn)焊時(shí)，其對(duì)接間隙一般為0.5mm左右；
2.3.7進(jìn)行對(duì)接管的焊接時(shí)，為了使焊縫成型質(zhì)量達(dá)到單面焊雙面成型要求，焊縫的成型應(yīng)進(jìn)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(jìn)行相應(yīng)的氣體保護(hù)；
2.3.8氣體保護(hù)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??；
2.3.9施焊引弧時(shí)應(yīng)先通氣10s～15s，息弧時(shí)不能馬上抬起焊具，應(yīng)繼續(xù)供氣保護(hù)焊區(qū)，直到溫度降至100℃以下；
2.3.10焊接時(shí)，焊具不應(yīng)左右擺動(dòng)，焊絲熔化端不得移出氣體保護(hù)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(zhǎng)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(shí)，為0-1.5mm；當(dāng)壁厚大于5mm時(shí)，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(jìn)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(cè)
鈦管接頭的焊接質(zhì)量首先要進(jìn)行焊接區(qū)域的表面顏色檢驗(yàn)，保護(hù)效果在“良好”以上為合格。對(duì)保護(hù)效果不理想的接頭，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行必要的質(zhì)量處理。一般情況下，氧化效果較輕時(shí)可用不銹鋼絲刷將氧化部位刷至金屬光亮色（銀白色）或進(jìn)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(jìn)行100%射線探傷，檢測(cè)合格方能進(jìn)行后續(xù)安裝工作。
3.焊接過程中控制重點(diǎn)
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(hù)氣體盡可能地采用高純度氬氣，保護(hù)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(jìn)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(chǎng)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(shí)踐證明，在進(jìn)行鈦管接頭焊接時(shí)，只有在各個(gè)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。
