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钛及钛合金的管道焊接工艺

2017/12/12 9:31:23点击:
 根据工艺要求及本身良好的性能,在国内很多的化纤工程,特别是在PTA装置中钛材管道被广泛地应用。但是钛在固熔状态下250oC开始吸收氢,从400oC开始吸收氧,从600oC开始吸收氮,且随着温度的提高,其吸收能力也随之增强。当钛金属在吸收了一定数量的氧、氮、氢等气体杂质之后,其屈服极限和延伸率等力学性能将急剧下降。因此对钛的焊接要求很高,本文对钛焊接时常见的缺陷进行分析,制定了合理的焊接工艺,从而提高了的焊接质量,保证了工程质量与进度。
  l钛材管道焊接的缺陷分析
  1.1 气体等杂质污染倾向分析
  常温下工业纯钛比较稳定,与氧生成致密的氧化膜具有高的耐腐性能。但在高温下其化学活性急剧增大,具有极强的吸收空气中氧、氢、氮等杂质的能力,降低焊接接头的塑性和韧性。在熔化状态下尤其严重。因此,焊接时对温度超过250cc的焊缝和热影响金属(包括熔池背面)都要加以妥善保护。
  1.2 粗晶倾向分析
  由于工业纯钛的熔点高、导热性差,导热系数低,热容量小,电阻系数大,在焊接过程中,液态熔池金属具有尺寸大、高温停留时间长和冷却速度慢等特点。这种情况容易使焊接接头产生过热组织,晶粒变得粗大,脆化倾向明显。
  1.3 焊接气孔倾向分析
  气孔是较为常见的缺陷。形成的因素很多,也很复杂,0,、N,、H,、CO?[3H,0都可能引起气孔。但一般认为氢气是引起气孔的主要原因,气孔多集中在熔合线附近,有时也发生在焊缝中心线附近。氢在钛中的溶解度随温度升高而降低,在凝固温度处有跃变。熔池中部比溶池边缘温度高,故熔池中部的氢易相熔池边缘扩散富集。防止焊缝气孔的关键是杜绝有害气体的一切来源。
  1.4 焊接裂纹倾向分析
  由于纯钛中硫、磷、碳等杂质很少,低熔点共晶难在晶界出现,而且结晶温度区窄和焊缝凝固时收缩量小等,所以很少会产生热裂纹。焊接纯钛时极易受到氧、氢、氮等杂质污染,当这些杂质含量较高时,焊缝和热影响性能变脆,在焊接应力作用下易产生冷裂纹。其中氢是产生冷裂纹的主要原因。氢从高温熔池向较低温度的热影响区扩散,当该区氢富集到一定程度将从固溶体中析出TiH。使之脆化;随着TiH。析出将产生较大的体积变化而引起较大的内应力。这些因素,促使冷裂纹的生成,而且具有延迟性质。
  2钛材管道的焊接
  2.1 根据对以上缺陷的分析,在现场一般选择极氩弧焊,使用电极为铈钨极,焊接环境必须清洁、干净。现场固定口焊接时,要求搭设临时防风棚。保护气体选用纯度在>t99.999%以上高纯液态氩气。在焊接时采用特殊的保护装置一喷嘴加托罩见图l,氩气从拖罩中喷出,用以保护焊接高温区域,拖罩的尺寸可根据焊缝形状、焊件尺寸和操作方法确定。焊件背面也需采用充氩保护装置。结构复杂的焊件由于难以实现良好的保护,宜在充氩一氦混合气的箱内焊接。
  2.2 焊前的清理
  焊接前应将焊丝和焊件表面的油污和氧化物清理干净,以防止焊缝增碳、氧、氢,使焊缝产生气孔和裂纹,并降低焊缝金属的力学性能。坡口必须用绞刀和金刚石锉刀处理去氧化膜、毛刺(因毛刺会导致产生气孔),用丙酮连同焊丝一块擦洗干净。处理完氧化膜的坡口要求4h之内焊接,如果4h之内没有施焊,再施焊前必须重新处理氧化膜方能焊接。
  2.3 钛管道的焊接操作要点
  2.3.1 钛管焊接时焊缝间隙收缩量相对较大,坡口间隙要略微增大,坡口间隙宜为4mm,不留钝边。封底焊丝宜 2mm,封底焊丝直径太粗不易掌握。焊丝须酸洗后才可使用,也可用砂纸打磨再用丙酮擦洗后施用。
  2.3.2 组对前,焊工必须戴洁净的手套,严禁用铁器敲打,铁的污染会降低力学性能和耐腐蚀性能,也不宜用胶皮锤,必要时可采用木锤。焊缝组对时,点固焊不能按点固不锈钢焊缝一样坡口两边搭桥。点固点要求和正式焊缝一样,焊缝内要求充好氩气才能点固焊,大口径管道可以用背面保护拖罩保护,点固焊完后,用绞刀将点固点两侧打出斜坡(或点固点尽量小),以利接头,然后用高温可熔纸贴起。
  2.3.3焊接时为防止弧坑缩孔、裂纹,焊接电弧宜用电弧衰减。焊接时全部采用氩弧焊,如果采用短弧焊,劳动量较大,故宜采用长弧焊接。
  2.3.4 焊缝封底焊接前,应将管内空气置换干净后,再进行焊接。试验管道内充氩气是否合格。可采用加以下办法,把焊丝头放在焊缝上用氩弧焊烧一下(注意不要烧到焊缝坡口),迅速放到管道里面,等冷却后拿出,焊丝头银白色为合格,可以正常焊接,变蓝色为不合格,须剪掉端部才可正常使用。
  2.3.5 焊缝封底焊时,由于有保护气体托罩,焊枪摆动不方便、不灵活,容易出现内部焊缝凹陷、两边咬边、未熔合等缺陷。封底焊一般不容易出现塌陷。注意接头时一定把接头处用绞刀绞出斜坡,以利接头。打底层一般采用仰脸焊位置内填丝法,立、平焊部位外填丝方法进行施焊。仰脸焊接头掌握不好,容易出现内凹缺陷。焊接接头时待出现熔孔后再给送焊丝,前两滴可多给点焊丝,避免接头内凹,过后按正常焊接。拖罩气体流量宜为30~40L/min。
  2.3.6焊接时焊丝要顺着坡口沿着管子的切点,送到熔池的前端,利用熔池的高温将焊丝熔化。焊枪和焊丝角度要保持好,80。~1D0。为宜,特别是焊丝和管道坡口的倾角不宜太小,否则,焊丝容易和焊缝坡口焊(沾)到一起,不利焊丝送进。焊接过程中,焊丝不能与钨极接触或直接深入电弧的弧柱区,否则造成焊缝夹钨和破坏电弧稳定。
  2.3.7 无论什么位置的焊接,钨极都要垂直于管子轴心,这样能更好地控制熔池的大小,而且可使喷嘴、拖罩保护气均匀地保护熔池不被氧化。根据保护拖罩长度情况,焊接长度一般1 OOmm就应停止,等焊缝退去红色变银白色后,再继续施焊。观察焊缝颜色时不要拿开拖罩,也不宜从拖罩前方观察,观察时从拖罩后方为佳。层间温度要低于50oC,用手摸着焊缝不烫手为宜,最好等焊口冷却后再焊接第二遍。急时可用冷风吹焊缝,或用湿布擦拭焊缝两侧,注意不能擦拭焊缝。
  2.3.8焊接停止收弧时,要填满弧坑,焊枪和拖罩气体延时保护,避免焊缝在高温下被大气污染,使焊缝成为合格颜色。焊丝端部不能马上抽离保护区,否则,焊丝端部马上变色氧化,不能再继续使用。如再使用时,要用钳子剪去氧化端部方能使用。
  2.3.9 收尾处打磨成斜坡状,焊至斜坡时,暂停给丝,先用电弧把斜坡处熔化成熔孔,迅速加焊丝,使焊缝封闭,注意焊到后半圈剩一小半时,应减小内部保护气体流量,以防止气压过大而使焊缝内凹。
  2.3.10 气体保护不好,容易出现气孔,和脆硬组织,发生脆断。焊缝和热影响区银白色为最佳,黄色为差,蓝色不合格。
  3采用以上方法焊接的效果采用以上方法在国内的多套PTA装置进行钛管道焊接,取得良好的效果,焊IZl外观多为银白色,有少量的淡黄色, 一次拍片合格率均在97%以上。
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