钛管道焊接工艺

摘要：钛管广泛应运于化工项目中，特别是橡胶工业和氯碱工业上。钛管焊接比较复杂，施工难度较大，稍有不慎，就前工尽弃，如何保证施工质量，达到设计要求，焊接质量至关重要。

主题词：钛管焊接氩气保护

中图分类号：TG44文献标识码： A

下面就钛管的选材、机具、施工、保护进行阐述：

1.材料的要求

1.1钛管及管件的要求：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SH3502-2000标准要求。1.2焊接材料的要求

1.2.1焊丝：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。

1.2.2氩气的要求：氩气选用工业一级纯氩，纯度不得低于99.98%，含水量不大于50Mg/m3。

1.2.3钨极：选用φ2.0～φ3.0mm铈或钍钨极，其化学成分应符合规定。

2.焊接设备的要求

2.1焊机：采用直流氩弧焊机。焊机应保证优良的工作特性和调节特性，同时配备有完好的电流表和电压表。

2.2焊炬：采用QS―75°／500型焊炬。焊炬应具有结构简单，轻巧耐用，枪体严密，绝缘良好，气流稳定，夹钨棒牢固，适合于各种位置焊接的特点。

2.3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。使用时应专用，不得与输送其它气体的管相互串用。

2.4焊接夹具：用奥氏体不锈钢或铜制管卡箍、锁紧螺栓等组对钛管及配件。应确保对钛管及配件有一定的夹紧力，以保证轴线一致，间隙均匀合适。

2.5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。

3.施工中常出现的问题及对策

钛管在施工中容易发生如下的种种问题。

①氩气对热态焊缝的保护是焊接接头质量优劣的关键因素，操作不好会造成焊件表面发蓝，甚者表面发灰，更甚者表面发白，使焊件严重氧化。

②下料切割时，管口要平整。

③焊接时热影响区范围太大，造成大面积表面氧化。

④焊接过程中造成焊缝表面夹钨，影响焊缝质量。

⑤外观不平整有夹渣、裂纹及未熔合现象。

⑥用普通钢丝刷进行表面清理，造成母材表面污染。

⑦管件与管道壁厚不一，造成焊缝错边太大，探伤不合格。

综上所述，从材料采购、机械使用、工艺选择和现场施工上采取相应的措施，否则将造成不必要的损失，为此须注意以下几点：

①管道切割与坡口加工时宜采用机械加工或等离子切割的方法进行。

②表面清理益采用不锈钢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。

③组对时，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脱脂处理：用赛璐珞海棉沾无硫乙醇或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。

⑤根据焊接工艺评定所提供的工艺参数，在专家的指导下组织焊工进行学习，并请有经验的焊工师傅作示范，对将参与焊接的焊工进行操作技能培训和考试，合格方可上岗施工。

⑥焊接环境要求极高，如风力的要求，需在预制厂房内进行，在现场焊接固定口时，应搭设防雨、防风棚，以保证焊接环境符合工艺要求。若棚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℃；

d漏雨、漏雪。

⑧层间清理与保护，对于多层焊道，在进行下一层焊道焊接前，应先检查表面的氧化程度，如有异常现象，应立即进行表面处理或返修处理，处理时必须用专用的不锈钢钢丝刷和砂轮。

⑨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响区进行酸洗钝化处理。酸洗后必须立即用水彻底冲洗，以除去残留在焊件表面的酸液，整个酸洗过程的温度应控制在40℃以下。

酸洗钝化液按下列比例配制（或用专用的酸洗钝化液）：

HCl（l=1.19）：270 ml HNO3（l=1.4）：55ml

NaF：40gH2O：675ml

⑩焊接过程中应保持电弧稳定，避免钨极与焊件或焊丝接触造成夹钨，出现夹钨时应立即停止作业，消除缺陷后方可纠结进行。

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，对焊接返修的焊口不得超过再次。

钛管施工完毕，在系统打压和运行过程中，经常会出现一些毛细渗透现象，需要对此进行修复，由于系统已经形成，需要保证焊口不被氧化，必须进行内外充氩，即使焊口只有针孔大小也必须按要求充氩，否则易造成补焊失败。

4.钛管焊接工艺流程简图如下所示：

图1焊接工艺流程图

5.钛管道施工使用的充氩装置

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。为避免铁离子污染，所有保护用的结构材料采用铜材或钛材制作。

A整罩结构如下图所示

整个结构由氩气导管、缓冲器、保护罩、密封口等组成。氩气导管采用φ6mm铜管，进人混合室有一横管上钻有一排φ1～φ1.5mm小孔，孔方向朝上壁，主要使氩气入口减少冲力，分布均匀，再通过二层20～40目的铜丝网进入保护区罩。保护罩的直径宜比钛管直径大40mm左右，长度一般在80～120mm，密封口长20mm左右，宜与钛管外径保持均匀的1～2mm间隙。

B半罩结构

半罩结构的原理基本同全罩结构，在口径较大，如Dg150以上采用此种结构。

半罩的长度一般在230～250mm，宽90～l00mm，高40mm，密封口长40mm。

半罩的结构如下图所示；

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（如图3示），该带两端连接在保护罩上，一端固定，一端采用活扣连接。在实际施焊中可达到理想的保护效果，也解决了全位置焊接中一些技术难题。

c弯头罩结构

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。在固定焊时，弯头附加罩不动，直管保护罩与弯头附加罩活动配合，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200～300mm的地方，作好密封装置，封好充氩。密封装置采用胶皮和不锈钢夹板封口。出气口采用φ4mm孔径，进气口采用φ8mm孔径，这样可保证将管内空气驱赶干净，达到氩气保护的目的，另一方面保证管内微正压，防止外部空气进入，有利于焊缝成形。但也不能使正压力过大，压力过大将使溶池金属喷出或产生背面内凹缺陷。进气侧应密封严密，防止进氩气时从缝隙处带入空气而导致氩气保护被破坏。

6.质量检验

在整个钛管施工中，严格执行焊接施工工艺，所有焊接接头经下列项目检验，

6.1外观检查：所有焊接接头焊缝表面成型良好，与母材圆滑过渡，无表面气孔、裂纹、凹陷等缺陷。热影响区颜色多为银白色和金黄色，有极少数焊口为紫色，无灰色等焊口。

6.2 无损探伤：无损探伤采用X射线照相检查，执行JB/T4730.2-2005《承压设备无损检测》之标准。

6.3着色检查：所有焊缝按《承压设备无损检测》JB/T4730.5-2005规定作着色检查。

6.4压力试验：所有预制管道都在预制场内作水压试验和气密性试验，安装后作系统的水压试验和气密性试验。