浅谈钛合金管道的焊接质量控制
摘要：钛以及钛合金以其优良的耐酸腐蚀性能被人们所看重，越来越多地被用来制作成设备和工艺管道，应用到带有强酸物料的反应器、输送管道上。但钛及钛合金由于在高温下易与多种元素和化合物发生反应而脆化，特别是焊接过程中，一经吸收了空气中的氧、氮等元素，溶解在钛材金属中会使合金显著变硬，降低钛金属的延展性而使其变脆，造成管道断裂和设备损坏。所以研究钛以及钛合金的焊接对于应用它们的生产装置的建设和维护有着重要意义。
随着石油化工工业的发展，越来越多的新技术被应用到石油加工上，同时一些强酸或强腐蚀性物料由于它们的强氧化性和较好的催化性能被应用到石油化工反应中，但一旦泄露，会造成很严重的后果，所以如何来制作这些强酸强腐蚀性物料的容器及输送它们的管道成为人们关注的重点。钛以及钛合金以其优良的耐酸腐蚀性能被人们所看重，越来越多地被用来制作成设备和工艺管道，应用到带有强酸物料的反应器、输送管道上。但钛及钛合金由于在高温下易与多种元素和化合物发生反应而脆化，特别是焊接过程中，一经吸收了空气中的氧、氮等元素，溶解在钛材金属中会使合金显著变硬，降低钛金属的延展性而使其变脆，造成管道断裂和设备损坏。所以研究钛以及钛合金的焊接对于应用它们的生产装置的建设和维护有着重要意义。本文结合某项目醋酸装置钛合金管道的安装，浅谈钛合金管道的焊接质量控制。
1.影响焊接质量的主要因素分析
1.1成型焊区高温热及气体保护的影响
在常温下，钛合金性能较稳定，高温下，特别是在施焊过程中，钛合金与氧、氢、氮反应的速度极快，根据有关资料介绍，钛合金在施焊过程中，温度在300℃以上时能快速吸氢、温度在600℃以上时能快速吸氧、温度在700℃以上时能快速吸氮，而在空气中的氧化最为敏感。试验证明：当钛合金在焊接时，如果熔池中侵入氧气、氮气等有害气体，则被焊部位的塑性、韧性和表面颜色等都有明显的改变；其机械性能显著下降；过热倾向增高。经对焊接进行弯曲实验，焊肉发生断裂现象，其周围10mm左右处的母材也出现了较明显的渣裂现象。因此，在进行钛合金焊接时，对熔池、熔滴及高温区，不管是正面还是反面，都应进行全面、可靠的气体保护。采取气体保护措施的目的：一是防止焊区周围的有害气体进入熔池；二是控制成型后焊肉区的高温热产生。如果焊接区域得不到气体的有效保护，必将导致焊接质量的下降，严重时将导致产品的报废。
1.2杂质气体、元素的影响
钛合金的焊接缺陷产生是比较常见的，如气孔、裂纹等。产生这些缺陷的原因主要受氢、铁、碳等气体、元素的影响。实验证明氢、铁、碳等气体、元素在焊接时与钛合金的溶解度大小有关，它们主要来源于潮湿的空气、环境；保护气体的纯度；焊件及焊丝表面上的水分、油污等。其中产生“气孔”的原因主要是来自油污及保护气体中的杂质中；产生“裂纹”的原因主要是来自水分及油污中。焊接缺陷的产生除了影响焊件的密封性质量要求外，同时还降低了接头的强度、韧性、疲劳等机械性能，对产品质量有较大的影响。所以，焊接时应加以控制。
2.对焊接质量的控制
2.1焊件及焊材的焊前清理
焊接缺陷的产生与焊件、焊丝表面清洁度有很大关系，因此焊前应将管接头端边缘不少于40mm处范围内及焊丝表面的油污、水、氧化膜及其他赃物清理干净。管端边缘的清理可用0.3mm粗电动或手动不锈钢丝刷刷至金属光亮色，焊丝表面可用80目～100目金刚石纱布进行打磨至金属光亮色。以上经处理的管端及焊丝表面，都应用洁净的白绸布蘸丙酮擦净。
2.2焊接温度及气体保护
钛管接头在焊接时，为了防止整个焊接区域在高温下不被有害气体及元素污染，必须对焊区及成型焊肉进行必要的焊接温度控制。控制温度的主要方法：一是对表面成型焊肉区，加保护气体拖罩；二是将被焊接头管内，充满保护气体；保护气体的纯度值应等于或大于99.99%；保护气体的流量应满足焊接技术要求规定值，最终要使保护气体的保护效果，达到焊接质量上的温控要求；焊接过程中，及时进行层间问题测量，采用层间间歇施焊，保证层间温度不超过100℃。
2.3焊接方法及要求
2.3.1按技术要求合理选择焊接接头型式、焊接参数及气体保护方式等；
2.3.2施工人员和焊工佩戴洁净的白细纱布手套；
2.3.3用丝粗为0.30mm不锈钢丝刷，将对接焊缝处刷至银白金属色，然后用干净白绸布蘸少许丙酮将焊接区域擦净，经处理的焊区严禁用手触摸和接触铁制物品；
2.3.4焊接工作尽可能在室内进行，环境风速应不大于0.5m/s，并不应有过堂风；
2.3.5焊接设备一般选用“手工钨极氩弧焊机”其性能满足焊接参数要求；
2.3.6对接管定位点焊时，其对接间隙一般为0.5mm左右；
2.3.7进行对接管的焊接时，为了使焊缝成型质量达到单面焊双面成型要求，焊缝的成型应进行两次焊接工作：一次为封底焊接，另一次为成型焊接，并按要求进行相应的气体保护；
2.3.8气体保护拖罩与焊具的距离应以最短为佳，与管壁接触的间隙力求最小；
2.3.9施焊引弧时应先通气10s～15s，息弧时不能马上抬起焊具，应继续供气保护焊区，直到温度降至100℃以下；
2.3.10焊接时，焊具不应左右摆动，焊丝熔化端不得移出气体保护区；
2.3.11每道焊缝应尽可能一次焊完，必需接焊的焊缝，在焊前应将接口处清理干净，焊肉搭接长度在10mm～15mm之间。
2.4焊缝及热影响区合格标准
2.4.1焊缝余高：当壁厚小于5mm时，为0-1.5mm；当壁厚大于5mm时，为1.0-2.0mm；
2.4.2焊缝表面不得有咬边、夹钨现象；
2.4.3每道焊道的色泽检查应在焊后清理之前进行，合格标准见表；
钛材焊道色泽检查合格标准
2.5焊后处理及检测
钛管接头的焊接质量首先要进行焊接区域的表面颜色检验，保护效果在“良好”以上为合格。对保护效果不理想的接头，应根据实际情况进行必要的质量处理。一般情况下，氧化效果较轻时可用不锈钢丝刷将氧化部位刷至金属光亮色（银白色）或进行酸洗处理，以保证内部金属不被继续氧化。外观检查合格的焊缝需进行100%射线探伤，检测合格方能进行后续安装工作。
3.焊接过程中控制重点
3.1有效控制焊接层间温度，避免钛合金与氮、氢、氧气体及铁、碳元素间的吸收和溶解。
3.2焊接用的保护气体尽可能地采用高纯度氩气，保护效果应良好，其流量值在规定范围内。
3.3焊接区域及焊丝的表面应进行氧化皮、油脂等污物的去除，焊件接头应尽可能一次（在8h内）完成施焊工作。
3.4现场焊缝的焊接，要尽量满足钛材焊接的环境要求。
4 .结束语
实践证明，在进行钛管接头焊接时，只有在各个环节上加以良好控制，才能确保焊接质量满足使用要求。有了焊接质量的保证，钛材能够在更多的特殊环境条件下使用。
