1 前言
鈦材是一種新型金屬材料，具有較高的強(qiáng)度、較小的密度(僅為碳鋼的60%)、優(yōu)良的耐腐蝕性能以及良好的工藝性能，今后將日益廣泛地用于制造耐腐蝕的石油化工設(shè)備。我們進(jìn)行了大量的鈦材焊接工藝性能評定實(shí)驗(yàn)，確定了鈦材的焊接工藝參數(shù)。鈦材特有的物理性能、機(jī)械性能及較高的化學(xué)活性，決定了鈦材設(shè)備的制造不同于碳鋼或不銹鋼設(shè)備的制造。
2.1 前期準(zhǔn)備
(1)專門劃分一塊鈦材設(shè)備制造區(qū)域，嚴(yán)禁與碳鋼設(shè)備混堆、接觸，工作場地必須鋪設(shè)橡膠板。
(2)材料要入庫妥為保管，禁止露天堆放。同時(shí)設(shè)置幾個(gè)鈦材專用的邊角余料箱，將邊角料分類回收。
(3)自行設(shè)計(jì)、制造所需的專用機(jī)具、胎具等。其中多層螺旋盤管彎制機(jī)不但解決了鈦材盤管的煨彎難題，還榮獲國家專利，專利號(hào)為92 2 338574；其它設(shè)備如剪板機(jī)、刨邊機(jī)、滾板機(jī)等要保持清潔，防止油污、鐵屑、輥?zhàn)由系娜毕莸葥p傷鈦材表面。
(4)參加鈦材設(shè)備制造的人員，著裝應(yīng)符合要求，工作服、手套要整潔，不允許穿帶鐵釘?shù)男�，并且盡量避免在鈦板上走動(dòng)。
2.2 劃線與落料
鈦材對缺陷的敏感性很強(qiáng)，因此禁止用鐵錘擊打鈦材表面或打樣沖或鋼印，禁止用墨汁或油漆書寫有關(guān)標(biāo)記。鈦材還易受鐵、油污等的污染，下料切割后須用砂輪機(jī)將污染部位打磨干凈，因此劃線時(shí)要適當(dāng)多留一些加工余量，一般以10～20mm為宜。 采用剪板、砂輪機(jī)或等離子弧切割落料。采用等離子弧切割時(shí)，為防止飛濺損傷鈦板，應(yīng)在鈦板表面涂刷白堊粉。
2.3 加工坡口
對板材要求在刨邊機(jī)上刨出坡口，對管材要求在車床上車出坡口，坡口均為V型，較長的板在刨邊過程中容易產(chǎn)生撓曲、被撕裂的現(xiàn)象。為了解決這些問題，我們用槽鋼壓緊刨削端，以增大刨邊機(jī)對板材的壓緊力，同時(shí)減小板材伸出刨邊機(jī)的長度(由常規(guī)的50mm減為30mm)，以增大其剛度，再調(diào)整好刀具的刃傾角，并采用低速和小的進(jìn)刀量切削，結(jié)果坡口光亮如鏡，比碳鋼及不銹鋼坡口的粗糙度要低得多。
注意在鈦材刨邊過程中不能中途停止進(jìn)刀，否則容易引起切削表面硬化，同時(shí)鈦材刨邊時(shí)磨刀及更換刀具也比碳鋼及不銹鋼頻繁。
2.4 卷板
鈦板在卷制時(shí)，板材回彈量要比碳鋼及不銹鋼大，致使點(diǎn)焊比較困難。我們采用天車配合使筒節(jié)在滾板機(jī)上滾圓后立即點(diǎn)焊，之后再吊離滾板機(jī)。卷板時(shí)為了防止輥?zhàn)由系娜毕輷p傷鈦板表面，采用鍍鋅鐵皮裹住鈦板兩面。
錐形封頭、直徑≥108mm的接管(沒有無縫鈦管，需用板卷制)、人孔筒節(jié)等在滾板機(jī)上無法成型，可使用自制胎具壓制。
3 焊接及檢測
3.1 焊接材料及設(shè)備
鈦材焊接時(shí)采用手工鎢極氬弧焊。由于鈦材的熔點(diǎn)高、熱容大、導(dǎo)熱性差，與碳鋼及不銹鋼相比，鈦材還具有較高的化學(xué)活性。當(dāng)焊接時(shí)，它極易與氧、氫、氮、碳等元素發(fā)生劇烈反應(yīng)，導(dǎo)致焊接接頭脆化，容易產(chǎn)生裂紋。為了獲得機(jī)械性能良好的焊縫，焊前表面清理及焊接過程中的保護(hù)措施是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。焊接所用的材料及設(shè)備是：
(1)純度不低于99.99%的氬氣。
(2)選用鈰鎢極，包括直徑1、1.5、2、3mm四種。
(3)焊絲應(yīng)按GB3623-83“鈦及鈦合金焊絲”標(biāo)準(zhǔn)選用，也可把板材剪成絲使用。
(4)使用鎢極(自動(dòng)或手工)交、直流兩用氬弧焊機(jī)。
3.2 焊接操作
3.2.1 焊前清理
焊縫只要受到少量鐵、油污等雜質(zhì)的污染，就會(huì)嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，因此，對焊縫表面必須進(jìn)行嚴(yán)格的清理。清理的順序如下：
(1)用砂紙或砂輪機(jī)除去焊縫及其兩側(cè)不少于50mm范圍內(nèi)的氧化層，直到露出銀白色的金屬為止。
(2)用嶄新的綢布蘸無水酒精將表面擦拭干凈，直到綢布上沒有污染為止。
(3)將焊絲用無水酒精擦拭干凈。
(4)焊縫及焊絲清理后要立即施焊，否則應(yīng)重新清理。
3.2.2 焊接操作要領(lǐng)
(1)手工鎢極氬弧焊的焊接工藝參數(shù)如表1所示(焊絲均為TA2)。
(2)鎢極伸出10～12mm為宜，焊縫每次填充的高度為2～3mm，最高不超過5mm。單面焊雙面成型焊縫的對接間隙為1.5mm。
(3)焊接完畢后焊炬不能立即離開，要連同保護(hù)盒繼續(xù)保護(hù)，直到焊接接頭冷 卻到400℃以下方可離開。
(4)厚度大于4mm的對接和角焊縫應(yīng)采用多層焊。每層焊道施焊前，都應(yīng)保證上一層無氧化，如有氧化必須徹底清除后再施焊。
(5)當(dāng)焊縫表面存在咬邊、弧坑或焊肉低于母材表面時(shí)，如無氧化污染則可直接修補(bǔ)；但對于未焊透、表面未熔合及表面裂紋等均應(yīng)將缺陷打磨干凈，進(jìn)行清理后補(bǔ)焊。返修次數(shù)不能超過兩次。
3.2.3 焊接過程的保護(hù)措施
由于鈦材對氧、氫、氮有很高的親合力，容易導(dǎo)致焊接接頭塑性下降，所以對焊縫熔池及其背部凡400℃以上的焊接熱影響區(qū)都必須進(jìn)行嚴(yán)格的保護(hù)。熔池的保護(hù)由焊炬來完成，熱影響區(qū)及400℃以上的受熱部位由保護(hù)盒保護(hù)。保護(hù)盒最好用銅材制作，我們自制的保護(hù)盒如圖2所示。氬氣流量以7～15L/min為宜，太小氣流剛性低，保護(hù)效果差；太大會(huì)引起氣流紊亂，把空氣帶入焊接區(qū)。因此，氬氣應(yīng)保持層流狀態(tài)。
3.3 焊縫檢測
焊縫采用外觀檢查、著色及射線檢測三種方式來檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量。外觀檢查主要觀察焊縫的表面缺陷及焊接接頭的顏色，并根據(jù)表面顏色來判定氣體的保護(hù)效果，參照表2可通過鈦材焊縫表面顏色判定焊接質(zhì)量。
對于局部表面顏色不合格的焊縫的熱影響區(qū)，必須用砂輪全部磨去后重新施焊，補(bǔ)焊次數(shù)不能超過兩次。按JB4730-94“壓力容器無損檢測”進(jìn)行著色及射線檢測，著色檢測應(yīng)符合Ⅱ級要求，射線檢測應(yīng)符合Ⅲ級要求。
