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钛盘管的焊接工艺
作者:    发布于:2019-02-24 16:28:13    文字:【】【】【
摘要:氩弧焊焊接钛盘管时,采用合适的保护罩,可以有效使钛盘管的高温区处于富氩环境中,有效隔离空气。由于钛导热系数低,需要长时间才能从高温区冷却下来,这样既浪费了氩气又降低了焊接效率,而钛管焊接时采用管内水冷,既节省了氩气又大大提供了焊接效率。

1. 钛的焊接性分析 
钛是一种活性金属,常温下能与氧生成致密的氧化膜而保持 高的稳定性和耐蚀性。540℃以上生成的氧化膜则不致密。高 温下钛与氧、氮、氢反应速度较 快,钛在300℃以上快速吸氢, 4 0 0 ℃以上开始吸氧、吸氮, 600℃以上快速吸氧,700℃以上快速吸氮。氧和氮溶于钛中使钛 的塑性和韧性下降,氢的溶入使 钛的脆性增加,韧性急剧下降。 碳以间隙固溶于钛中,使钛强度 提高、塑性下降,碳含量超过溶 解度时就会生成硬而脆的TiC,呈网状分布,易于产生裂纹。 此外,钛的熔点高,比热及导热系数小,冷却速度慢,焊接热影响区在高温下停留时间长, 高温极易过热粗化,造成接头塑 性下降。从上述钛的特性可以分析出 钛的焊接性,要保证其焊接接头 性能,应控制碳、氮、氧及氢等 元素的侵入,因此如何使钛在高 温范围内保持清洁和处于被保护状态是关键问题,同时控制焊接 接头的温度,避免过热而影响焊 接接头的性能。氩是惰性气体, 既不与钛形成固溶体,也不与其 他元素发生反应,因此钛的焊接 适用于氩弧焊,但氩气的纯度应 很高,一般纯度≥99.99%。
2. 焊前准备 
(1)焊接场地及环境 

施焊环境应该是洁净、无烟、无尘, 独立的区域。施焊环境的自然条 件为:风速≥1.5m/s,相对湿度 >80%,温度<5℃,雨雪无防时不得施焊。如在钢铁作业的车间施焊,钛材的焊接区应与钢 铁区隔开,并防止铁粉及气体等 有害杂质的污染;焊接时应远离 通风口和敞开的门窗,场地应铺设橡胶软垫。 
(2)保护罩的制作 为了使钛在高温区(200℃以上)完全处于氩气的保护下,必须制 作保护效果好又便于焊接操作的 保护罩。由于保护罩结构的好坏 直接影响焊接质量和焊接效率, 所以经过多次结构设计和焊接试 验,最后确定保护罩采用所示的结构。另外氩的比重高于 空气,因此保护罩制作时可以考 虑在保护罩上方留有操作孔。
(3)坡口加工 坡口应用机械加工,如使用坡口机、风 动内磨机、氧化铝或碳化硅砂轮 磨光片等工具加工坡口。坡口加 工时应慢速加工(或用冷却水冷却),防止加工时温度过高。加 工后的坡口表面应平整、光滑, 不得有裂纹、分层、夹杂、毛 刺、飞边和氧化色等,坡口表面 及其两侧30mm范围内应呈银白色金属光泽。
(4)焊前清理 焊丝、坡口表面及两侧20mm范围内应进行表面清理。可根据表面污染程 度选用脱脂、机械清理或化学 清洗,机械清理时允许使用不锈 钢丝刷。施焊前应用丙酮或无水 酒精等溶剂清洗坡口和焊丝,清 洗以后不得用手直接触摸,并在 4h内及时施焊,过期未焊应重新清洗。清洗干净的焊丝不得随意 抛在地上,应放在洁净的焊丝筒 内,以防再次污染。
3. 焊接
(1 )焊接工艺评定 
按N B/T47014—2011进行焊接工艺评定,焊接工艺评定所用 钛管材料为TA 2 ,钛管规格为 φ45m m×3m m。编制预焊接工艺规程时应以焊接可操作性和得 到优异的焊接接头性能为原则。 为保证钛盘管施焊的焊接接头满 足使用要求,焊接工艺评定试验 时按预焊接工艺规程进行。所 用氩弧焊焊机型号为WSM315,采用高频引弧,氩气采用纯氩 (99.99%Ar)。焊接工艺评定试验结果可知焊接工艺评

定试验结果合格。
 (2)切片腐蚀试验 
为验证焊接接头是否耐腐蚀,采用氩 弧焊焊接一个钛管试件,盖面焊时均为通水保护,其中中间一条 焊缝在焊接时特意不进行保护, 焊缝颜色呈黄色并部分带蓝色, 其余焊缝均为银白色。然后对钛 管试件进行切片取样,取样后用 30%硫酸(煮沸)侵泡24h进行 腐蚀试验可看出,银白色的焊缝有轻微腐蚀, 而金黄带蓝色的部位严重腐蚀,说明焊接时通水保护好的焊缝同 样具有好的耐腐蚀性。
(3)钛盘管的焊接 
焊接工艺评定试验及腐蚀试验结果合格后,才可以进行产品的施焊。 依据焊接工艺评定编制焊接工艺 规程,依据焊接工艺规程的参数 及要求进行盘管的焊接。由于盘 管较长,拼焊时较重,手工转动 较难,因而将盘管放在可以转动 的支撑轮上,焊接时可以转动 焊。同时先采用7根直钛管一组进行组焊后一道焊接,焊接时分 两层,打底焊时管内通纯氩气进 行保护(先通氩10~15min,将管内的空气排净才可以焊接),焊 接处管外用保护罩进行保护,待 焊的焊口用胶带密封住,第一个管口用胶带密封并插入氩气管通 氩气,最后一个管口胶带密封, 并打几个小孔,以便排除空气和 氩气。所有焊口焊完打底焊后再进行盖面焊,盖面焊时管内通水进 行保护,注意水必须灌满管内, 以防管内留有空气,管外用保护 罩通氩气。焊接时随时控制钛管 温度保持在200℃以下才能脱离护。

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