钛换热器钛储罐等用钛材的特性和焊接检验要点

随着我国石化、医药等行业的快速发展，使用的设备愈发多样化，生产工艺过程中各种强腐蚀介质使用工况越来越多，常规材料已不能满足耐腐蚀的要求，对有色金属材料的需求量越来越大，特别是钛材的需求。

张家港某压力容器制造公司从事钛材设备制造已有多年。该公司特容车间做了安徽、河北、君正等用户大批纯钛设备和钛复合板设备，在技术工艺、生产制造等方面都积累了一定的经验。

本文对钛材的特性、焊接注意事项、检验要求及要点进行了详细的总结，以供业内同仁参考，更好地做好钛设备的检验工作。

1 、钛材的特性

钛的化学活性高，是一种很活泼的金属。钛在高温下极易氧化。钛的焊接必须在惰性气体保护下进行，常采用氩弧焊焊接。钛具有良好的低温塑性和韧性，钛的钝化系数达到2.44，特别耐氯离子腐蚀。国内压力容器用钛一般采用强度低的工业纯钛和低合金钛，均为α钛，具有排密六方晶格。微量间隙溶解的元素氮、氧、碳，即使作为杂质存在，也会影响其晶格常数，使其塑性明显下降。钛材中合金元素越高，强度也越高，焊接性能将变差。因此压力容器用钛一般选用合金元素低的牌号，取其具有的较好的塑性。钛材供货状态为退火。钛的密度小、熔点高、导热性差、热容量小、电阻系数小，加热至300℃时开始吸氢，400℃时开始吸氧，500℃时开始吸氮。在焊缝冷却时，因温度降低致使溶解度下降，析出氢化钛、氧化钛、氮化钛等脆性化合物。在正常的焊接工艺下，刚焊完的钛材焊缝冷却速度要比不锈钢和碳钢慢得多。温度在400℃以上的钛焊缝和热影响区均要求在氩气的保护中，因此钛材焊接时，不但熔池需要保护，焊后正在冷却中的焊接接头正面及背面也要保护，要用通入氩气的保护拖罩来保护冷却中的焊缝和热影响区，不让其在高温下氧化形成脆性化合物。张家港某公司制造了多台材料为TA2，TA9，TA10的钛材设备。其中TA2是工业纯钛，大部分用在含氯介质的设备。

TA9是加了0.2%Pd，TA10为加了0.3%Mo+0.8%Ni的低合金钛。TA9、TA10用在抗缝隙腐蚀更苛刻的设备上 [2,5] 。

2 、焊接注意事项

2.1 清理

(1)焊前对焊件坡口及附近区域以及焊丝要清理清洗干净，这对钛材焊接质量特别重要。因为如果坡口及焊丝表面的水分、油污、氧化物及其他有机污染物进入熔池会使熔池中的氢和一氧化碳增加，容易使焊缝产生气孔，降低塑性。

(2)焊接前，清理焊丝表面和焊接坡口及两侧各25 mm的氧化物、氮化物、油污、水分和其他有机污染物，一般用白布粘取丙酮液反复擦洗以上部位的污染物，经清理后严禁用手直接接触以免再污染，若再污染或清洗后4 h未焊应重新对其进行清理与清洗。

2.2 保护

(1)焊接时，保护气体氩气纯度应不低于99.99%，氩气流量不应调至过大，过大时会对前方焊枪保护气体形成干扰并且使焊接区域冷却速度加快，反而会形成微裂纹缺陷。以保证气流均匀稳定地分布在焊接区域为宜。

(2)焊接时，焊缝和热影响区内外表面应加以氩气保护，氩气保护拖罩的尺寸应根据焊件厚度、冷却方式、焊接电流及焊缝形状等因素确定，并紧贴在焊接区随焊枪一同移动，不得脱离焊接区域。

(3)焊接时，应严格按照制定好的焊接工艺参数执行，不得擅自更改工艺参数。施焊时，焊接热输入不宜过大，控制好焊接层间温度不得大于200 ℃，一道焊缝应尽量一次焊完，不得已时应在焊接第二道前对前一道焊缝进行严格的清理后方能再次施焊。

(4)焊接结束收弧时，不应立即拿起焊枪，应保证焊枪在焊接区域上停留一定时间方可拿开，然后将氩气保护罩拖至焊接区域，停留一定时间待焊缝及热影响区温度冷却至200 ℃以下时方能拿开保护拖罩。每次焊接完毕时，焊丝应在保护气体中保留一定时间，方能拿开，若焊丝不慎被氧化，在下次焊接前应剪除被氧化端，剪除后用丙酮液对其擦洗后方能再次施焊 [2,3] 。

3 、检验控制要求

3.1 焊前检查要点

(1)母材、焊缝外观质量、标识和质量证明书检查；(2)设备、焊机、热处理设施检查；(3)焊接工艺文件检查，WPS，PQR等；(4)焊工资格检查；(5)焊接环境检查；(6)焊接坡口检查；(7)焊材烘烤、干燥和洁净程度检查。

3.2 焊接过程检查要点

(1)点焊位置检查；(2)氩气保护情况检查；(3)焊接环境清洁度检查；(4)焊接参数如电流、电压、焊速等检查；(5)层间温度检查。

3.3 焊后检查要点

(1)焊接接头的检查方法有外观检查和着色检查两种，检查方法如表1所示；(2)焊缝表面应均匀、美观；(3)焊缝表面不允许有咬边、裂纹、气孔、未熔合、焊瘤等缺陷；(4)焊缝表面颜色不允许出现紫色、蓝色、灰色、金黄色，具体颜色及规定见表2所示。(5)钛表面生成的氧化膜的颜色与生成温度有关：在200℃以下为银白色，300℃时为淡黄色，400℃时为金黄色，500℃和600℃时为深蓝色和紫色，700~900℃为灰色。温度低时氧化色仅为表面薄层，可用酸洗去除；温度高时氧化深度渐深，严重影响焊缝质量。因此，焊缝表面颜色是衡量钛焊接时惰性气体的保护情况和焊缝质量的重要指标和检验方法 [1,2,4,5] 。

4 、结论

在钛设备的制造中，最关键的工序是焊接。本文通过介绍钛材特性、焊接注意事项、焊接检验控制要点等内容，为钛材的焊接和检验提供一些经验。只有全面准确地掌握钛材的基本特性，在焊接过程中加强控制，经过焊后外观检验和无损检查报告，认真分析缺陷产生的原因，采取严格防范措施，改进工艺技术条件，提高焊接质量，才能最终提高焊缝的合格率和设备的制造质量。

参考文献：

[1] 顾曾迪，俞逢英. 有色金属焊接[M].北京：机械工业出版社，1995.

[2] 康浩方. 国内外钛设备的焊接技术现状[J].钛工业进展，2003，(4)~(5)：73-74，70-73.

[3] 余存烨. 钛制压力容器的监察与检验[J].钛工业进展，2003，(3)：31-34.

[4] 李洪岩，张建伟. 钛材设备制造的焊接与切割技术[J].石油和化工设备，2012，15(6)：29-30.

[5] JB/T 4745-2002，钛制焊接容器[S].

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