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钛及钛合金管道的焊接
201417达(海门)重型装备制造有限公司江苏海门-表德年
关键词钛合金;接性:接工艺
摘要:
本文通过对钛及钛合金金属物理化学性质的总结,分析了钛合金的焊接性及其存在的主要缺陷,提出了相应的解決方案,以作为同类型项
目的有益参考。
钛及钛合金是二十世纪四十年代末开始发从600℃开始吸氮,700℃以上快速吸氮。
10m以下的钛及钛合金的焊接。手工钨极氩弧
展起来的一种优良的工业金属材料,其主要特
2.钛及钛合金的焊接性分析
焊适应性较广,焊接质量可靠,但对于厚板焊
点是密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温以及
由上述钛的物理化学性质可知,钛的熔点接效率较低、劳动强度较大。熔化极氟弧焊比
良好的低温性能,并且具有某些特殊的物理、高于不锈钢,比热容大于不锈钢,化学活性大钨极弧焊的效率高,主要用于焊接厚板,但
化学特性,如超导、记忆、储氢等特殊功能,于不锈钢,因此钛材的焊接相较不锈钢来说有焊接过程中对工艺参数和焊接环境要求较高
因此在字航、航空、化工、石油、治金、电力、更高的要求。
否则容易产生气孔。等离子弧焊接的厚度范围
医疗等领域得到了广泛的应用。
钛及其合金在高温下对氧、氮、氢和碳等比较宽,从薄板到厚板都可以采用,但焊接时
我公司承接的美国某化工项目中涉及到大具有极大的亲和力,液态的熔池和熔滴金属如应注意喷嘴的损伤。真空电子束焊也越来越多
量的钛及钛合金管道的焊接,该项目采用美国得不到有效保护,则更容易受到空气等杂质的的用于钛的焊接,由于在真空环境下,因此它
ASTM标准,主要包括 ASTM B861GR2,GR7和玷污,脆化程度更严重,给焊接带来困难。同时,能获得高质量的焊接接头,但同时由于需要在
GR12等级别的材料。其中 ASTM B86IGR2位纯钛钛合金导热性差,电阻系数大,焊接时产生的真空室中焊接,対工件的尺寸有所限制。与电
管材, ASTM B861GR7为添加了0.12%到0.25%热量多,热容大,不容易散失,熔化焊时需要子束、等离子束焊接相比,激光焊接具有熔池
的钯元素的钛管, ASTM B861GR12为含钼0.3%,用惰性气体或在真空状态进行保护
净化效应,能纯浄焊缝金属,焊缝的机械性能
含镍0.8%的钛合金。由于我国钛资源丰富,儲
0,N,H,C等常作为杂质元素出现在钛合金等于或优于母材。对于某些微型、精密的零件
量居世界首位,因此所有钛材都从国内采购,中,这些元素本身以及它们的化合物的出现将也可以使用钎焊的方法来获得
按美国ASME1X标准进行焊接工艺评定和焊接。会严重影响钛的力学和耐蚀性能。氢是影响钛
几种焊接方法的比较
由于这是我公司首次焊接上述钛及钛合金管道,性能的有害元素之一,它会导致钛的塑性与初
0了
没有现成的工艺可用,因此必须从分析钛及钛性降低,发生氢脆。在冷却时,焊缝中的氢来
合金的物理化学性质及其焊接性开始,制定正不及逸出会产生气孔,故一般要求钛材中氢的
(
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确完善的焊接工艺,预判其焊接过程中可能出含量<0.15%。钛在高温下(600℃以上)还易
现的缺陷问题并提前制定预防方案,方能保证与氧、氮化合,使得焊接接头的塑性韧性下降
可
前面你电两某程容画下品
该项目的顺利进行
引起气孔和裂纹。钛还极易与碳反应生成脆性
1.钛及其合金的物理化学性质
的碳化物,降低塑性并影响焊接工艺可靠性
人
钛的主要物理性能为:密度4.5g/cm,熔为了避兔上述问题带来的危害,焊接过程中必
用
点1688℃,比热容522J/(kgK),热导率16J/(m须妥善保护那些受焊接热源影响而温度高于
3.焊接工艺
?s?K)。钛有两种结构:882℃以下为密排六250℃的区域
根据上述钛及钛合金焊接性的分析,以及
方品格结构,称为q钛:882℃以上为体心立
另外,Fe的存在会严重影响钛的耐腐蚀性结合本项目的特点,决定采用钨极氩弧焊工艺
方晶格结构,称为B钛。钛和常用的奥氏体不能和综合力学性能。铁元素的分布不均匀现象来执行本项目的焊接。使用钨极氟弧焊焊接钛
锈钢 ASTM A312TP304L的主要物理性能对比如会导致富Fe相区与贫Fe相区的出现,并且由及钛合金时,要获得高质量的焊接接头,必须
下
此建立起自发电池,产生电偶腐蚀行为:此外,注意一下事项:
B? m Fe会加速H的吸收,易产生氢致裂纹,造成氢
3.1施工场地
脆破坏。因此,在焊接钛合金时要重视Fe的污
钛及钛合金管道焊接应在专门独立的加工
从上表可以看出,钛的比强度接近不锈钢染带来的影响。
车间内进行,焊接作业处应有挡风防潮措施,
的3倍,这让钛材在某些要求强度高、重量轻
钛的弹性模量较低,焊后很容易产生较大一般焊接作业时风速应小于3m/s,相对湿度应
的领域(如宇航)相对于不锈钢有不可替代的的焊接变形;钛的冷变形回弹能力强,容易给小于80%。作业场所应保持清洁,不能有粉尘污
优势。
矫形带来困难。因此,在制订焊接工艺时,必染,特别是附近不能有碳钢的切割、打磨作业。
钛的化学性质活泼,对氧有极高的亲和力。须考虑到如何预防焊接变形。
用于钛及钛合金管道加工的工具、设备应专
在有氧环境中钛表面易生成致密而附着力强、
为了避免出现常见的焊接缺陷,同时保用于钛及钛合金加工,不得与碳钢混用。
惰性大的氧化膜,即使氧化膜受到机械破坏,证焊缝的力学性能和耐腐蚀性,在焊接钛及其
3.2工件和焊丝的清理
只要在氧化性介质中,其自愈性强,又可再生合金时,必须制订合理的焊接工艺,以确保焊
未经清理的工件和焊丝表面往往含有油污
成氧化膜,这是铁在许多酸、碱及介质中耐腐接质量。目前常用的焊接钛及钛合金的工艺有潮气、金属粉尘等等污染物,这些污染物本身
蚀性优异的原因。钛在高温下与氧、氮、氢反钨极氩弧焊、熔化极氯弧焊、等离子弧焊、电或在焊接的高温作用下会产生影响钛及钛合金
应速度较快,从250℃开始吸氢,300℃以上快子束焊、激光束焊、钎焊等。钨极氯弧焊是焊焊接质量的各种有害元素,如氧、氢、氮、碳、
速吸氢从400℃开始吸氧、,600℃以上快速吸氧接钛合金最常用的焊接方法,主要用于厚度在铁等等,因此在焊前必须对工件及焊丝进行认
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