洞察钛界，钛有深度

秘笈一：焊接工艺

        钛管有较高的强度、良好的塑性韧性和耐蚀性，在航天、造船、化工中的应用越来越广泛。要想更好的利用钛管，必须掌握其焊接性。以下阐述了钛管的焊接工艺，为今后钛管的焊接提供了有益的借鉴。

01焊接材料

       焊丝：ERTi-2 焊接方法：GTAW（手工钨极氩弧焊）
       保护气：用纯度为99.995%,含水量不应大于50Mg%m3的氩气，对焊接熔池及焊接接头内外表面温度高于400℃的区域均采用氩气保护。

02焊前准备

       （1）坡口加工
钛管切割后，采用氧化铝砂轮机打磨出坡口，如下图所示，加工坡口不允许使母材产生过热变色。

       （2）坡口及焊丝清理
a、坡口及其两侧各50mm以内的内外表面进行清理，清理程序如下：
磨光机打磨→砂纸轮抛光→丙酮清洗。
清洗后不能直接进行焊接作业，待坡口端面晾干后方可以作业。如果放置时间超过2小时，须重新清理一遍或者采用自粘胶带及塑料布对坡口予以保护。
b、焊丝也用沾丙酮的海绵擦拭干净,并存放在专用的焊丝盒内。
c、操作人员在焊接过成中必须戴洁净的手套。

       03焊接工艺规范

       （1）焊接规范：如下表

       （2）焊接时应在合格的工艺参数范围内选用小线能量焊接，一般控制在6~35KJ/cm，宜采用小电流，慢速焊。
       （3）层间温度不得高于200℃，防止高温时间过长晶粒长大。
       （4）为保护断弧后收弧处的表面，应待焊接点温度在300℃以下，（时间在15~60s，可根据管径由小到大而逐渐延长）后再停止送气保护。
       （5）充氩保护：具体措施如下：

a．对于DN大于等于450的管子焊接时，管内工作人员戴上防毒面具，手持保护罩对焊接熔池背面进行保护。
b．对于DN小于450的管子或固定口焊接时，整体充氩保护，在管子内表面距离坡口150—300mm处采用可溶纸密封，再塞入一团可溶纸防止管内气压过大将密封可溶纸破坏，然后充入氩气将管内空气排净。

       焊接前必须充分预充氩气，焊后应延时充氩，以使高温区充分冷却，防止表面氧化。

       （6）焊接过程中填充焊丝应始终保持在氩气的保护之下。熄弧后焊丝不得立即暴露在大气中，应在焊缝脱离保护时取出。焊丝如被污染、氧化变色时，污染部分应予以切除。
       （7）不得在焊件表面引弧或试验电弧；收弧时应将弧坑填满，多层焊的层间接头相互错开。
       （8）除有特殊要求外，每条焊缝应一次连续焊完，如因故被迫中断，再焊时必须进行检查，确认无裂纹后方可继续施焊。
       （9）如果焊接作业时不慎出现夹钨时，应停止焊接作业，用磨光机清除钨点，钨级端部重新打磨，达到要求后方可重新进行焊接作业。
       以上所述工艺要点保证了钛管焊接的正常进行，也达到了钛管的焊接质量要求。
但在实际操作中还有很多问题需要注意，比如：保护装置的制作，焊接检验的要求，焊接缺陷的产生及预防等。

秘笈二：充氩保护

       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。因此氩气对热态焊缝的保护是焊接接头质量优劣的关键因素。

       钛材管道的焊接保护都是通过管内通氩，管外用专门的保护罩来进行的。保护罩的形式一般有整罩结构、半罩结构和弯头罩结构。

01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。

       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φ1～1.5mm小孔，孔方向前上壁，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。

       保护罩的直径要比钛管直径大40mm左右，长度一般在80～120mm，密封口长20mm左右，要与钛管外径保持均匀的1～2mm的间隙。这样一方面避免氩气流失太多，另一方面又可保证保护区内正压，可防止外部空气混入。
喷嘴焊丝插入口在25～40mm左右，如太小则影响视线看不清焊缝，难以保证质量，太大则氩气流失严重，影响效益。

02半罩结构

       半罩结构的原理基本同全罩结构，在口径较大DN150以上采用此种结构。半罩的长度一般在230～250mm，宽90～100mm，高40mm，密封口长40mm。

       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，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。

03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。

04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，防止外部空气进入，有利于焊缝成形。

       进气口应密封严密，防止进氩气时从缝隙处带入空气而导致氩气保护被破坏。

       对全位置焊接的焊口，充氩比较困难，因为焊口两端距离都较长，还有弯头件等。

       充氩采用分段充氩方法，在该道焊缝组对前，就将密封垫片（由不锈钢夹板与胶皮组成，充氩管为软胶管，并联一根有一定强度的不锈钢丝）放置在管道内距焊口200～300mm处。待焊缝组对焊接完成后，将密封垫片取出即可。

       以上针对管道焊接的保护罩设计大都是采用管材规格成套制作的办法，显然，在管材规格不多时是可以适用的，但当规格多，成本高，在施工中频繁拆装，十分不便。

       下面介绍一种操作简便的局部保护拖罩，有效的解决钛管现场焊接保护的难题。

       拖罩的尺寸是根据钛材焊接时高温区（400℃以上）的温度场大小而确定（一般为80x1500px）。拖罩用铜皮制成，顶部为一用铜网包裹钛屑的椭圆形氩气过滤球（用铜网包裹不锈钢或铜网团亦可）。

       其目的是确保氩气充满拖罩气腔，并形成稳定层流，椭圆球上部与铜管连接，内通焊接用高纯氩气。

秘笈三：焊接检验

       焊接检验包括焊接过程中打底焊缝进行渗透检验、焊后的外  观检验，颜色检验，射线探伤检验。

01颜色检验

       钛焊道表面的颜色是检验保护效果的重要标准之一，具体见下表：

注：区别低温氧化和高温氧化的方法宜采用酸洗法。

       经酸洗能除去紫色、蓝色者为低温氧化，除不掉者为高温氧化。酸洗后立即用清水冲洗干净、晾干。

       酸洗技术条件见下表：

02外观检验

       焊道的外形尺寸应符合以下要求：

1）焊工应对焊好的焊道表面进行清理，要求外观良好。宽度以每边盖过坡口边缘2mm为宜，角焊缝的焊脚高度符合设计规定，外形平稳过渡。

2）不允许有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、飞溅和焊瘤等缺陷存在；

3）焊缝余高：

当壁厚小于5mm时，为0～1.5mm；

当壁厚大于5 mm时，为1.0～2.0mm。

4）焊缝表面错边量不应大于壁厚的10%，且不大于1mm。

5）防止焊缝表面咬边，深度应小于壁厚的10%，且不大于0.5mm。焊缝两侧的咬边总长度不得超过该焊缝长度的5%。

03PT检验

       对根部焊道进行PT检验，以无裂纹及其他表面缺陷为合格。

04RT检验

       所有焊道100%RT探伤。