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        鈦及鈦合金的管道焊接工藝

        2017/12/12 9:31:23點擊:
         根據工藝要求及本身良好的性能,在國內很多的化纖工程,特別是在PTA裝置中鈦材管道被廣泛地應用。但是鈦在固熔狀態下250oC開始吸收氫,從400oC開始吸收氧,從600oC開始吸收氮,且隨著溫度的提高,其吸收能力也隨之增強。當鈦金屬在吸收了一定數量的氧、氮、氫等氣體雜質之后,其屈服極限和延伸率等力學性能將急劇下降。因此對鈦的焊接要求很高,本文對鈦焊接時常見的缺陷進行分析,制定了合理的焊接工藝,從而提高了鈦管的焊接質量,保證了工程質量與進度。
          l鈦材管道焊接的缺陷分析
          1.1 氣體等雜質污染傾向分析
          常溫下工業純鈦比較穩定,與氧生成致密的氧化膜具有高的耐腐性能。但在高溫下其化學活性急劇增大,具有極強的吸收空氣中氧、氫、氮等雜質的能力,降低焊接接頭的塑性和韌性。在熔化狀態下尤其嚴重。因此,焊接時對溫度超過250cc的焊縫和熱影響金屬(包括熔池背面)都要加以妥善保護。
          1.2 粗晶傾向分析
          由于工業純鈦的熔點高、導熱性差,導熱系數低,熱容量小,電阻系數大,在焊接過程中,液態熔池金屬具有尺寸大、高溫停留時間長和冷卻速度慢等特點。這種情況容易使焊接接頭產生過熱組織,晶粒變得粗大,脆化傾向明顯。
          1.3 焊接氣孔傾向分析
          氣孔是較為常見的缺陷。形成的因素很多,也很復雜,0,、N,、H,、CO?[3H,0都可能引起氣孔。但一般認為氫氣是引起氣孔的主要原因,氣孔多集中在熔合線附近,有時也發生在焊縫中心線附近。氫在鈦中的溶解度隨溫度升高而降低,在凝固溫度處有躍變。熔池中部比溶池邊緣溫度高,故熔池中部的氫易相熔池邊緣擴散富集。防止焊縫氣孔的關鍵是杜絕有害氣體的一切來源。
          1.4 焊接裂紋傾向分析
          由于純鈦中硫、磷、碳等雜質很少,低熔點共晶難在晶界出現,而且結晶溫度區窄和焊縫凝固時收縮量小等,所以很少會產生熱裂紋。焊接純鈦時極易受到氧、氫、氮等雜質污染,當這些雜質含量較高時,焊縫和熱影響性能變脆,在焊接應力作用下易產生冷裂紋。其中氫是產生冷裂紋的主要原因。氫從高溫熔池向較低溫度的熱影響區擴散,當該區氫富集到一定程度將從固溶體中析出TiH。使之脆化;隨著TiH。析出將產生較大的體積變化而引起較大的內應力。這些因素,促使冷裂紋的生成,而且具有延遲性質。
          2鈦材管道的焊接
          2.1 根據對以上缺陷的分析,在現場一般選擇極氬弧焊,使用電極為鈰鎢極,焊接環境必須清潔、干凈。現場固定口焊接時,要求搭設臨時防風棚。保護氣體選用純度在>t99.999%以上高純液態氬氣。在焊接時采用特殊的保護裝置一噴嘴加托罩見圖l,氬氣從拖罩中噴出,用以保護焊接高溫區域,拖罩的尺寸可根據焊縫形狀、焊件尺寸和操作方法確定。焊件背面也需采用充氬保護裝置。結構復雜的焊件由于難以實現良好的保護,宜在充氬一氦混合氣的箱內焊接。
          2.2 焊前的清理
          焊接前應將焊絲和焊件表面的油污和氧化物清理干凈,以防止焊縫增碳、氧、氫,使焊縫產生氣孔和裂紋,并降低焊縫金屬的力學性能。坡口必須用絞刀和金剛石銼刀處理去氧化膜、毛刺(因毛刺會導致產生氣孔),用丙酮連同焊絲一塊擦洗干凈。處理完氧化膜的坡口要求4h之內焊接,如果4h之內沒有施焊,再施焊前必須重新處理氧化膜方能焊接。
          2.3 鈦管道的焊接操作要點
          2.3.1 鈦管焊接時焊縫間隙收縮量相對較大,坡口間隙要略微增大,坡口間隙宜為4mm,不留鈍邊。封底焊絲宜 2mm,封底焊絲直徑太粗不易掌握。焊絲須酸洗后才可使用,也可用砂紙打磨再用丙酮擦洗后施用。
          2.3.2 組對前,焊工必須戴潔凈的手套,嚴禁用鐵器敲打,鐵的污染會降低力學性能和耐腐蝕性能,也不宜用膠皮錘,必要時可采用木錘。焊縫組對時,點固焊不能按點固不銹鋼焊縫一樣坡口兩邊搭橋。點固點要求和正式焊縫一樣,焊縫內要求充好氬氣才能點固焊,大口徑管道可以用背面保護拖罩保護,點固焊完后,用絞刀將點固點兩側打出斜坡(或點固點盡量小),以利接頭,然后用高溫可熔紙貼起。
          2.3.3焊接時為防止弧坑縮孔、裂紋,焊接電弧宜用電弧衰減。焊接時全部采用氬弧焊,如果采用短弧焊,勞動量較大,故宜采用長弧焊接。
          2.3.4 焊縫封底焊接前,應將管內空氣置換干凈后,再進行焊接。試驗管道內充氬氣是否合格。可采用加以下辦法,把焊絲頭放在焊縫上用氬弧焊燒一下(注意不要燒到焊縫坡口),迅速放到管道里面,等冷卻后拿出,焊絲頭銀白色為合格,可以正常焊接,變藍色為不合格,須剪掉端部才可正常使用。
          2.3.5 焊縫封底焊時,由于有保護氣體托罩,焊槍擺動不方便、不靈活,容易出現內部焊縫凹陷、兩邊咬邊、未熔合等缺陷。封底焊一般不容易出現塌陷。注意接頭時一定把接頭處用絞刀絞出斜坡,以利接頭。打底層一般采用仰臉焊位置內填絲法,立、平焊部位外填絲方法進行施焊。仰臉焊接頭掌握不好,容易出現內凹缺陷。焊接接頭時待出現熔孔后再給送焊絲,前兩滴可多給點焊絲,避免接頭內凹,過后按正常焊接。拖罩氣體流量宜為30~40L/min。
          2.3.6焊接時焊絲要順著坡口沿著管子的切點,送到熔池的前端,利用熔池的高溫將焊絲熔化。焊槍和焊絲角度要保持好,80。~1D0。為宜,特別是焊絲和管道坡口的傾角不宜太小,否則,焊絲容易和焊縫坡口焊(沾)到一起,不利焊絲送進。焊接過程中,焊絲不能與鎢極接觸或直接深入電弧的弧柱區,否則造成焊縫夾鎢和破壞電弧穩定。
          2.3.7 無論什么位置的焊接,鎢極都要垂直于管子軸心,這樣能更好地控制熔池的大小,而且可使噴嘴、拖罩保護氣均勻地保護熔池不被氧化。根據保護拖罩長度情況,焊接長度一般1 OOmm就應停止,等焊縫退去紅色變銀白色后,再繼續施焊。觀察焊縫顏色時不要拿開拖罩,也不宜從拖罩前方觀察,觀察時從拖罩后方為佳。層間溫度要低于50oC,用手摸著焊縫不燙手為宜,最好等焊口冷卻后再焊接第二遍。急時可用冷風吹焊縫,或用濕布擦拭焊縫兩側,注意不能擦拭焊縫。
          2.3.8焊接停止收弧時,要填滿弧坑,焊槍和拖罩氣體延時保護,避免焊縫在高溫下被大氣污染,使焊縫成為合格顏色。焊絲端部不能馬上抽離保護區,否則,焊絲端部馬上變色氧化,不能再繼續使用。如再使用時,要用鉗子剪去氧化端部方能使用。
          2.3.9 收尾處打磨成斜坡狀,焊至斜坡時,暫停給絲,先用電弧把斜坡處熔化成熔孔,迅速加焊絲,使焊縫封閉,注意焊到后半圈剩一小半時,應減小內部保護氣體流量,以防止氣壓過大而使焊縫內凹。
          2.3.10 氣體保護不好,容易出現氣孔,和脆硬組織,發生脆斷。焊縫和熱影響區銀白色為最佳,黃色為差,藍色不合格。
          3采用以上方法焊接的效果采用以上方法在國內的多套PTA裝置進行鈦管道焊接,取得良好的效果,焊IZl外觀多為銀白色,有少量的淡黃色, 一次拍片合格率均在97%以上。
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