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1性能分析

??1.1工業(yè)純鈦的組織結(jié)構(gòu)及基本性質(zhì)

??882℃至熔點(diǎn)1678℃中間穩(wěn)定存在的體心六方結(jié)構(gòu)（β－Ti）。工業(yè)純鈦在緩慢冷卻后，可獲得規(guī)則的或鋸齒狀的多面體α晶粒組織。但快速冷卻時(shí)，得到針狀的α｀相，屬于亞穩(wěn)相。

??就焊接特性而言，與銅、鋁及不銹鋼等相比較，鈦材有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，結(jié)構(gòu)密度低，加上恰當(dāng)?shù)谋砻鎻埩σ馕吨鄢爻霈F(xiàn)問(wèn)題的可能性很小，焊接寬焊縫時(shí)，焊道形狀能十分均勻；其次，鈦的低導(dǎo)熱性能，能保證進(jìn)入熔池的熱量散失較慢；進(jìn)一步，鈦的熱膨脹系數(shù)比較低，從而使得鈦材焊縫變形極小，熱感應(yīng)裂紋實(shí)際上不存在。

??鈦加熱到高于α→β轉(zhuǎn)變的臨界溫度時(shí)，晶粒長(zhǎng)大的開(kāi)始瞬間，是以晶界突跳式位移的方式進(jìn)行的。隨著晶粒尺寸的增加，晶粒長(zhǎng)大的速度減慢。但隨著溫度的提高，晶粒長(zhǎng)大的速度又重新加快。這種柱狀β晶粒的形態(tài)、尺寸由“競(jìng)相生長(zhǎng)”過(guò)程決定的，也取決于焊接熔池的形狀。

??β晶?？偸茄刂叫凶畲鬁囟忍荻鹊哪骋环较騼?yōu)先生長(zhǎng)。而β晶粒形態(tài)、尺寸又直接影響焊縫金屬的性能。因此，控制焊縫金屬晶粒尺寸，是焊接控制的重點(diǎn)，細(xì)化焊縫金屬晶粒的方法主要有控制焊縫區(qū)能量輸入、電磁攪拌、電弧擺動(dòng)、低頻和高頻脈沖、噴射保護(hù)氣體以及這些方法的綜合利用。

??1.2工業(yè)純鈦的焊接性分析

??1.2.1焊接物理特性

??1.2.2加熱時(shí)晶粒長(zhǎng)大的傾向大入量選取12￣15kJ／cm為宜。

??雜質(zhì)對(duì)工業(yè)純鈦的性能影響很大，雜質(zhì)含量高則強(qiáng)度提高，塑性急劇降低。鈦具有很高的活潑性，在高溫下與氧、氮、碳、氫等親和力很強(qiáng)，在300℃以上開(kāi)始吸氫，在600℃以上大量吸收氧和氮，同時(shí)，F(xiàn)e離子對(duì)工業(yè)純鈦的性能影響也非常大，這些雜質(zhì)元素主要來(lái)源于氣氛中以及焊件、焊材表面。各種雜質(zhì)元素對(duì)鈦材性能影響極大，具體分析如下。

??1.3.1氫溶于鈦中不僅導(dǎo)致產(chǎn)生氣孔，同時(shí)鈦與氫有極強(qiáng)的親和力。氫在鈦中的溶解度達(dá)33％（原子），冷卻時(shí)通常沿孿晶線(xiàn)和滑移面析出的鈦氫化合物，能劇烈的降低材料的韌性，在組織應(yīng)力作用下還會(huì)產(chǎn)生冷裂紋和延遲裂紋，并增加對(duì)缺口的敏感性。

??1.3.2氧和氮與鈦生成的化合物能使焊接接頭的硬度提高，塑性嚴(yán)重降低。

??環(huán)境氣氛中少量O、N雜質(zhì)的污染，雖不能改變晶體結(jié)構(gòu)，但他們常處在晶1.2.3焊接接頭冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1.3雜質(zhì)元素的影響分析格的間隙位置，阻礙位錯(cuò)移動(dòng)，顯著提高鈦的硬度和強(qiáng)度，引起焊接點(diǎn)脆化。

??1.3.3高溫下碳與鈦生成碳化鈦也能使焊縫塑性下降，產(chǎn)生裂縫。

??1.3.4鐵對(duì)鈦的影響很大。鐵離子在鈦中易形成細(xì)小的鈦鐵化合物，這種沉淀物分散存在于焊接區(qū)中，會(huì)產(chǎn)生原電池腐蝕，從而損壞鈦表面氧化膜，為氫氣及氣體雜質(zhì)的侵入創(chuàng)造了條件，特別是高溫下使用的鈦設(shè)備、管道，極易產(chǎn)生氫脆。

??2焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)

??2.1焊接工藝參數(shù)的選定

??需要惰性氣體保護(hù)的特點(diǎn)，采用手工鎢極氣體保護(hù)焊（GTAW）的焊接方法，同時(shí)嚴(yán)格控制焊件、焊材表面雜質(zhì)含量，焊接質(zhì)量能得到保證。鈦管焊接工藝評(píng)定手工鎢極氣體保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)所示。

??工業(yè)純鈦焊接，焊接材料的選用原則為焊絲熔敷金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)與母材相當(dāng)。

??2.2焊材選用原則

??為了減小焊接接頭過(guò)熱區(qū)域，減少焊接變形，坡口的型式和尺寸應(yīng)以減少金屬填充量和焊接熱輸入量為原則。同時(shí)，坡口的型式和尺寸應(yīng)便于焊接操作，保證焊接接頭質(zhì)量。綜合考慮，坡口選用的型式和尺寸如表5所示。

??根據(jù)雜質(zhì)元素對(duì)工業(yè)純鈦的影響分析，避免O、N、H、C、Fe及其他雜質(zhì)元素對(duì)鈦材性能的影響。焊前必須清理焊件、焊材表面的油污及銹跡等雜質(zhì)；焊接過(guò)程中必須控制空氣。

??2.3坡口角度

??2.4雜質(zhì)元素的防護(hù)

??焊接前采用專(zhuān)用不銹鋼刷工具清除坡口及其兩側(cè)不少于25mm范圍內(nèi)的氧化物。使用不含硫的丙酮或乙醇將填充焊絲和坡口兩側(cè)75mm范圍內(nèi)進(jìn)行脫脂處理，擦拭采用潔凈的棉布，清潔后的焊絲在使用中應(yīng)戴潔凈手套，并始終保持清潔無(wú)污染、無(wú)水分。

??由于鈦對(duì)氧、氮和氫有脆化敏感性，所以對(duì)焊接區(qū)溫度高于400℃的部分應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)，以隔絕空氣。通常采用輔助保護(hù)形式（尾隨拖罩）加背面保護(hù)的方法進(jìn)行焊接過(guò)程的保護(hù)。在大氣中采用高純度的氬氣（99.99％以上）進(jìn)行保護(hù)，并確保以下三部位能得到保護(hù)：熔池及其鄰近的母材；已凝固的高溫焊縫金屬和熱影響區(qū)；焊接接頭的背面。

??主保護(hù)氣體是由焊槍噴嘴提供的，因此采用盡可能大的噴嘴提供層流保護(hù)氣體。普通的輔助保護(hù)是后拖保護(hù)，由噴嘴和金屬室組成，惰性氣體流過(guò)帶孔的金屬板進(jìn)入焊縫區(qū)而起到保護(hù)作用。保護(hù)罩尺寸：寬度50￣70mm，弧長(zhǎng)80￣180mm.

??焊接時(shí)填充焊絲的加熱端始終保持在氬氣保護(hù)之下，熄弧后焊絲不能立即暴露在大氣中，應(yīng)待溫度降低到400℃以下時(shí)取出。如焊絲被氧化變色，氧化部分立即切除。

??工藝評(píng)定試件焊接完成后，經(jīng)無(wú)損檢測(cè)檢驗(yàn)合格后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行理化試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表6和表7.

??2.4.1焊件、焊材處理2.4.2氣體保護(hù)2.5工藝評(píng)定結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果表明，焊接工藝完全滿(mǎn)足焊接接頭的使用性能。

??3.1.1鈦管施工，場(chǎng)地保持潔凈。預(yù)制車(chē)間的存放、預(yù)制平臺(tái)鋪設(shè)δ5mm橡膠皮?，F(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)，為了防止周邊環(huán)境因素影響焊接質(zhì)量，搭設(shè)由鋁合金支架和防火帆布制作而成的防護(hù)棚。

??3.1.2在進(jìn)行鈦材焊接前，采用菲奧琳試驗(yàn)對(duì)周?chē)諝膺M(jìn)行無(wú)鐵離子污染檢測(cè)（每日2次）。并且潔凈廠(chǎng)房?jī)?nèi)保持無(wú)鐵離子、過(guò)濾干凈的微正壓空氣。

??3.1.3鈦管切割、坡口加工、鉆孔采用機(jī)械方法，切割和加工表面不得過(guò)熱變色。管子及管件清理或打磨坡口表面時(shí)，應(yīng)采用專(zhuān)用砂輪片或不銹鋼刷進(jìn)行。

??3.1.4根據(jù)焊接工藝指導(dǎo)書(shū)的要求進(jìn)3焊接施工及質(zhì)量檢驗(yàn)3.1焊接施工行焊接施工。焊接工藝參數(shù)、焊材選用、氬氣保護(hù)措施、焊材及焊件清理與焊接工藝評(píng)定時(shí)完全相同。

??3.1.5鈦管焊縫尾部氬氣保護(hù)及DN150以上管道的焊縫背面氬氣保護(hù)，需要制作專(zhuān)用保護(hù)罩。保護(hù)罩主體為銅制，內(nèi)含不銹鋼絲網(wǎng)分配氣體。保護(hù)罩根據(jù)不同管徑制作成不同弧度，分管子外保護(hù)罩和內(nèi)保護(hù)罩兩種。

??焊縫寬度每邊不超過(guò)坡口邊緣2mm，焊縫余高不大于1.5 mm；管道焊接接頭表面不存在咬邊、凹陷、氣孔、夾鎢、裂紋及未熔合等缺陷。

??3.2焊后，對(duì)焊接接頭進(jìn)行檢驗(yàn)，包括外觀(guān)檢查、色澤檢查、射線(xiàn)探傷和光譜檢查3.2.1外觀(guān)檢查。

??3.2.2色澤檢查。

??本次改造鈦管道焊接焊縫顏色經(jīng)檢查全部為銀白色。

??為了確保質(zhì)量，所有鈦材焊接接頭經(jīng)100％RT檢測(cè)。采用手工鎢極氣體保護(hù)焊的焊接方法，選用小焊接線(xiàn)能量，焊材選用符合GB／T3623－2007標(biāo)準(zhǔn)的TA2.焊接過(guò)程中對(duì)焊接接頭熔池、尾部高溫區(qū)域以及焊縫背部采用高純氬氣進(jìn)行保護(hù)；焊接前對(duì)焊件、焊材嚴(yán)格清理，同時(shí)焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制層間溫度和焊縫金屬的色澤。最終得到的焊接接頭能夠滿(mǎn)足規(guī)定要求。