一、焊接方法的選擇

由于工業純鈦化學性能非常活潑，與氧、氮、氬的親和力大，普通焊條電弧焊、氣焊及 CO2氣體保護焊都不適用于鈦及鈦合金的焊接。我們選用手工鎢極氬弧焊進行鈦管道的焊接，利用焊槍噴嘴和內、外氣體 保護托罩噴出的氬氣，把焊縫區和焊接熱影響區金屬與空氣隔開，以防止空氣侵入。

二、焊接材料的選擇

2. 1 填充焊絲的選用

鈦管道焊接用的焊絲成分應與母材金屬相同，其表面不得有燒皮、 裂紋、氧化色或金屬、非金屬夾雜物等缺陷存在；焊絲在焊接前應進行 烘干。

2. 2 保護氣體的選用

鎢極氬弧焊時氬氣必須選用純度在≥99. 999%以上高純度氬氣。在大管徑鈦管道焊接過程中，由于要求連續充氣，中途不允許中斷停氣， 所以， 大管徑鈦管焊接時可采用純度高、容 暈大的液態氪氣 ( 1 瓶液氪相當千 30 余瓶氣態氪氣的容量）。每個液態氪氣瓶需做一個分氣缸， 分氣缸上安裝 4--5 個分氣嘴， 分別接上氬氣表， 一個液態氪氣瓶就可供4--5人同時焊接。液態氪氣使用裝置見圖1

圖1 液化氬氣使用裝置示意圖

三、鈦管道坡口形式的選擇及坡口的清理

3.1坡口形式的選擇

在選擇鈦管道的焊接坡口形式時，應考慮盡最減少焊接層數和金屬填充量， 以降低焊縫的累積吸氣量， 防止焊接接頭塑性下降。紹興 30 萬噸／年 PTA 裝置 DN10000mm 鈦管道的厚度為 10.2mm , 我們選擇的坡口形式及尺寸見圖 2。

圖 2 焊接坡口形式及尺寸

3.2坡口的清理

鈦管道焊接前，應采用機械或化學清洗方法，對焊接坡口及其兩側各50mm 范圍內的氧化皮、油脂和污染物等進行徹底清理。

a、機械清理

用不銹鋼絲刷或硬質合金餃刀等機械方法對焊接坡口表面的氧 化膜進行清除，清理工具應專用并保持清潔，防止鐵污染等問題出現。

b、化學清洗

用酸洗溶液對焊接坡口進行酸洗，清除其表面的氧化膜，酸洗后， 用清水沖洗并用絲布擦干。酸洗后的焊接坡口表面應呈現銀白色。

3.3焊絲的清理

鈦管道焊接前，應采用機械或化學清洗方法，對焊接使用的鈦焊絲進行徹底的清理，鈦焊絲清理使用的方法和清理要求與坡口清理的方法和要求一致。

四、焊縫的組對和點固焊

4.1焊縫的組對

為了減少在鈦管道焊縫組對過程中鐵離子對已完成清理的坡口的污染， 保證焊口的組對質量， 應特制專用的活動對口卡具進行輔助對口。這即可避免因在組對過程中使用鐵質件而造成的鐵離子對焊接 坡口的污染；也可在焊口組對時通過調節絲杠，使管口保證同心，防 止對口錯邊現象的產生。活動對口卡具見圖 3。

圖 3 活動對口卡具示意圖

4.2焊縫的點固焊

鈦管口組對點固焊點的間距應以100-150mm 為宜 ，點固焊點的長度以 10-15mm 為宜。點固焊所用的焊絲、焊接工藝參數及保護氣體等條件應與正式焊接相同。

五、焊接管口內、外部氣體的置換和保護

5.1焊接管口內部氣體的置換和保護

管口組對完成后， 應先進行管口內部的氣體置換。對管徑DN1000的鈦管道，為加快氣體置換速度，降低氣體使用成本，且又能保證管口內部氣體的置換質量， 我們使用的氣體置換方式是： 人進入管道內部， 手持一個內部氣體保護托罩（內部氣體保護托罩由輸氬管、不銹鋼絲網、拖罩外殼和手持銅管組成）， 在開始焊接部位 ， 形成一個與周圍空氣隔開的半封閉空間，然后通過放置在拖罩下部的輸氬管對氣體拖罩內部進行充氬，進入拖罩的氬氣，通過不銹鋼絲網均勻地向氣體拖罩內部的半封閉空間擴散，并逐漸將已封閉在氣體拖罩范圍內的空氣完全排空，使處在氣體拖罩封閉范圍內的高溫焊道及其熱影響區， 在整個焊接過程中始終處于氬氣的充分保護之下，并持續到焊縫及熱影響區金屬冷卻到 200°C 以下。在焊接過程中， 人拿著內部氣體保護托罩隨著外部的焊接電弧同步移動，使管道內部的焊縫及熱影響區金屬始終處于氬氣的保護之下。內保護操作示意圖見圖 4

在進行管道內部氣體保護時，為了加快焊縫及熱影響區金屬的冷卻速度， 提高保護效果， 同時也為了加 快焊接速度， 焊接過程中盡量使用出口流量大、溫度低、儲存最大的液氪進行氣體保護和氣體置換。

圖 4 內保護防護氣罩操作示意圖

5.2焊接管口外部氣體的置換和保護

由于鈦金屬具有的高溫化學活潑特性，在焊接過程中僅依靠氪弧焊 焊槍噴嘴噴射出的氬氣對熔池和高溫焊道及其熱影響區的保護，是無法保證焊接質質量的。為了增大鈦管焊接過程中的氬氣保護面積、延長氬氣保護時間， 保證焊接質量， 必須特制管道外部氣體置換保護裝置， 對在高溫狀態下的焊接熔池和高溫焊道及其熱影響區進行焊接輔助保護。

我們使用外保護氣體托罩進行管口外部氣體保護。焊接管口外部保 護氣體拖罩由輸氬管、不銹鋼絲網、拖罩外殼、焊炬等構成。焊接管口外部空氣置換過程與內部氣體置換過程完全一致。常用的外保護氣體拖罩見圖 5。

圖 5 焊接管口外保護氣體拖罩示意圖

六、焊接管口內、外部氣體的保護質 量的檢測

焊接管口內、外部托罩充氪置換工作完成后 ， 應進行試焊， 通過觀察焊道色澤來判斷充氬置換和氣體保護的，只 有在確認充氪氬置換和氣體保護質暈已經達到合格要求后， 方可進行正式焊接。鈦焊道的色澤檢查表見表1。

焊縫和熱影響區的表面顏色表 1

七、鈦管道焊接工藝參數的選擇

為了防止焊縫在高溫過熱區停留時間較長并避免焊后冷卻過程中 形成脆硬組織， 鈦管道焊接過程中應選用小規范進行焊接。鈦管的焊接工藝參數選擇見表 2。

鈦管焊接工藝參數表表 2

八、大管徑鈦管道的焊接要點

鈦管道的焊接施工， 必須編制焊接工藝卡并按照焊接工藝卡規定的焊接工藝進行施焊， 嚴格控制焊接線能量， 以減少焊接熱輸入， 縮短在焊縫高溫過熱區的停留時間， 防止形成脆硬組織和晶粒粗大現象的產生， 焊接層間溫度不得高千 200°C 。

焊接過程中必須制作并正確使用內、外氣體保護拖罩， 以確保在焊接過程中對焊道、焊接熱影響區的保護質量。為使焊接區域 處于良好的保護狀態， 焊槍噴嘴直徑應選擇 20-25mm 為宜； 焊槍噴嘴噴出的氬氣應保持穩定層流。

起弧時，焊槍必須提前送氣，并采用高頻引弧；息弧時，應使用電 流衰減裝置和氣體保護裝置；焊接弧坑必須填滿；焊接時，粘貼在坡口 處的高溫膠帶應隨焊接隨揭開。

焊接過程中，填充焊絲的加熱端應始終處在氬氣的保護之下，息弧 后應在焊縫脫離氪氣保護時方可取出；焊絲如被污染或氧化變色時，其 污染或氧化變色部分應予清除。

焊接過程中應注意觀察焊道色澤，以確認氣體保護效果和焊接質 量。如在焊接過程中發現有明顯的焊縫氧化現象時， 應立即停止焊接， 待查明原因并實施糾正處置后才能繼續焊接。

現場施焊時，必須采取防風措施，以防環境風對焊接保護區的影響， 確保氬弧氣體的焊接保護效果。

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