浅谈纯钛管焊接在化工制药管道安装中的应用

【摘要】本文总结了在施工过程中，手工氩弧焊对纯钛管焊接的工艺要求、工艺流程，焊接材料的选用，焊接质量控制及执行标准，焊接保护罩的使用方法。

【关键词】纯钛管焊接，工艺流程，焊材选用，保护罩

一、序言

万吨VC生产线工程，是呼伦贝尔北方药业工程的重点项目。由于生产条件苛刻，工艺复杂，整个生产线设备、管道多，使用部分使用特殊材料（如钛材）， 因此钛管的焊接给施工带来较大难度。为确保焊接质量和施工工期，我公司制定了合理的施工方案，特别是对钛管的全位置焊接进行了技术攻关并获得了成功。

二、技术特点

本技术具有技术先进，设备简单，实用性强的特点。在工程中能进行各种位置的钛管焊接施工，并能获得良好的焊接质量。

三、使用材料、设备及工具

3.1钛管及配件：应具有制造厂的出厂合格证和质量证明书。经复验其规格、化学成分、力学性能及供货状态均应符合 DIN17850 标准要求。

3.2焊接材料

3.2.1焊丝；焊丝牌号为 ERTi—2，选择焊丝应符合以下要求：

（l）焊丝的化学成分和力学性能应与母材相当。

（2）若焊件要求有较高的塑性时，应采用纯度比母材高的焊丝。

（3）焊丝的化学成分应符合《钛及钛合金丝》GB／T3623 的有关规定。

3.2.2氩气：工业一级纯氩，纯度不得低于99.98%，含水量小于50Mg/m3。

3.2.3钨极：选用φ2.0～φ3.0mm 铈钨极，其化学成分应符合如下要求：

3.3 焊接设备

3.3.1焊机：采用直流TiG焊机。

3.3.2焊炬：采用 QS—75°／500 型水冷式 TiG 焊炬。

3.3.3氩气输送管：采用半硬质塑料管，不宜用橡胶软管和其他吸湿材料，不得与输送其它气体的管相互串用。氩气管不宜过长，一般不超过20m。

3.3.4焊接夹具：用奥氏体不锈钢或铜制管卡兰、锁紧螺栓等组对钛管及配件。

3.3.5辅助设备及工具：氩气保护罩，磨光机，专用锉刀，不锈钢丝刷等。

四、工艺流程

4.1管道预制

4.1.1管道切割与坡口加工：管材切割与坡口加工应在专门的作业场所内采用机械加工方法进行。加工好的管口应 保证表面平整，无裂纹、重皮等缺陷。

4.1.2 表面清理：用奥氏体不锈钢制的钢丝刷清除钛管焊接表面及坡口附近 100mm 范围内的锈皮、油漆、脏物、灰尘和能与钛材起反应 的杂物。用砂轮修整加工面，清除飞边，毛刺，凸凹等缺陷。

4.1.3组对：钛管、配件组对后轴线不得偏移，间隙应均匀一致，并应防止钛管在装配中被损伤和污染。避免强制组对，定位焊采用和 正式焊接相同的焊接工艺。

4.1.4脱脂处理：用无硫丙酮对所有焊接表面和坡口附近 50mm 范围内全部做脱脂处理，处理后的表面应无任 何残留物。

4.1.5焊接：应在有关标准规定的条件下进行。

4.1.5.1焊接工艺评定

在钛管正式施焊前，用φ325×10 TA2管进行焊接性试验，固定及水平固定位置的四项焊接工艺评定。

4.1.5.2焊工资格

对参与焊接的焊工进行操作技能培训和考试，并参加钛管的焊接工作。

4.1.5.3焊材

焊丝在使用前应按坡口的清理方法进行表面清理及脱脂处理，施焊时焊丝的端部应除去周 10～20mm长。

4.1.5.4焊接环境

钛管焊接施工在VC生产线厂房内进行，在现场固定口

时，若厂房内出现下列情况之一时．不准进行焊接：

a风力大于5m/S；

b相对湿度大于 90％；

c温度低于15℃；

4.1.5.6层间清理与保护

对于多层焊道，在进行下一层焊道焊接前，应先检查，如有异常现象，应立即进行表面处理或返修处理。

4.1.5.7焊缝表面酸洗钝化处理

钛材焊接后对表面进行色泽检查，检查合格后对焊缝和热影区进行酸洗钝化处理。

4.1.6焊缝检验

所有焊缝均应进行外观检查、X 射线照相检查、着色检验和压力试验等项检验，且均应合格。

4.3 钛管焊接工艺流程简图如下所示：

五、质量标准

《钛管道施工及验收规范》（SH 3502-2000 ）

《工业金属管道工程施工及验收规范》（GB50235-97）

《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501

《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98

六、焊接质量控制：重点控制焊工、焊材、焊接工艺和无损检测等主要环节。主要采取如下措施：

6.1加强氩气对焊接区的保护

钛在 250℃以上吸氢，400℃以上吸氧，600℃以上吸氮，这些元素的渗入将大大降低钛的力学性能。因此钛材管道的焊接保护通过管内通氩，管外使用专用保护罩来进行的。保护罩的形式一般有整罩结构、半罩结构和弯头罩结构。

A整罩结构

为避免铁离子污染，所有保护用的结构材料采用铜材制作。整罩结构形式

如图：（见下图）结构由氩气导管、缓冲器、保护罩、密封口等组成。

图钛管焊接氩气保护罩整罩图

B半罩

半罩结构的原理基本同全罩结构，在口径较大，如DN150 以上采用此种结构。

半罩的结构如图（见下图1）；对半罩以外部分，为减少氩气流失，增加保护效果，并且为固定半罩，适合全位置焊接需要，须制作一条弧形的，宽度 30～50mm，中间带凹形的保护带（如下图1示），该带两端连接在保护罩上。

c弯头罩结构（见下图2）

为达到氩气保护弯头焊缝的目的，必须增加一个弯头形状的附加罩，可绕弯头附加罩旋转，达到氩气保护的目的。

d管内充氩保护，均采用分段充氩的方法。在焊口的两侧作好密封充氩，待焊缝组对焊接完成后，将密封垫片取出即可。

6.2.2.2 严格执行焊接工艺，提高焊缝一次合格率

由于钛材焊接的特殊要求和工艺特点，因此在整个焊接过程中要特别控制好层间温度、焊接线能量、焊材、焊接环境等工艺要素。专人负责保管和清理焊丝。

7工程实例。2010年呼伦贝尔北方药业万吨VC项目中，VC转化车间钛管焊接接头达453个，焊缝长 298.5 米。焊后经我公司质检部门自检合格后，报甲方质检部门和技术负责人，认为焊接质量优良，一次性通过了试压及验收，保证了工程按期试车，2011年3月一次投料成功。经过一年多的生产运行考核，钛管无质量隐患。

参考文献：

[1]由原水利电力部焊接标准委员会提出，浙江火电建设公司编制的《钛材管板焊接技术规程》SD339-89，主要起草人：陈志荣、戴泓

[2]《钛容器焊接工艺规程》LXZB-SQE/ZSCY-C-ZJK-25-2008，编制：黄孝朋、席路娟