钛材特性和焊接检验要点

1、钛材的特性

钛具有较高的化学活性，同时也是一个较为活泼的金属。其在高温之下比较容易出现氧化现象。钛的焊接应该在惰性气体保护之下而进行，通常使用的氩弧焊焊接。钛具有比较好的低温塑性以及韧性，其钛的钝化系数可以达到2.44，尤其可以耐氯离子腐蚀。当前我国的压力容器使用钛通常都是使用强度比较的工业纯钛以及低合金钛，全都是A钛，有着排密六方晶格。微量之间可以溶解的元素氮、氧、碳，即使是作为杂质而存在，也会对其晶格常数产生影响，降低其塑性明显。钛材之中合金元素比较高，强度也会逐渐提高，焊接性能逐渐变差。

所以压力容器使用钛通常都会选择合金元素低的牌号，选取具有的较好的塑性。钛材供货情况一般是退火。钛具有熔点高、密度小、导热性差、热容量小。在焊缝冷却之时，因为温度逐渐降低使用其溶解度逐渐降低，并且会析出氢化钛、氧化钛、氮化钛等等给脆性化合物。在通常的焊接工艺之下，刚焊完的钛材焊缝冷却速度同不锈钢和碳钢相比要慢得多。温度在400℃之上的钛焊缝以及热影响区都要求在氩气的保护之中，所以钛材焊接之时，不仅仅熔池要求保护，焊后在冷却之中的焊接接头正面以及背面也应该做好保护工作。

2、焊接的要求

钛金属在现代科技应用越来越广泛，要达到运用的效果，在焊接方面我们需要特别注意，不然会影响钛的物理性质，影响使用效果。因此在钛的焊接过程中，首先，我们应该清洗我们需要焊接的材质。如果没有对焊接材质清洗干净，可能会影响钛材的焊接塑性。在焊接时，对焊件、焊丝都必须清洗到位，只有这样，才能防止焊件、焊丝表面的氧化物、水分、油污等其他污染物影响钛材的焊接效果。我们一般都使用沾有丙酮液的白布，反复擦洗焊件、焊丝，焊件的擦拭面积一般是坡口及两边25毫米的范围内。擦洗完毕后必须使用专业的工具进行拾捡，以免再次污染。如果再擦洗后4小时内未进行焊件，必须重新擦洗，这样才能保证焊件、焊丝等材质的干净程度。

其次是焊接的保护工作。在钛的焊接过程中，我们必须使用高纯度的氩气，气流速度均匀，不然因为气流不均焊接的地方可能产生裂纹。氩气保护罩需要根据焊接工艺要求特定设置，随同焊枪一起移动，这样才能对焊接的效果起到有效的保护作用。在焊接时，对于一道焊缝，我们应该尽量一次就焊接好，这样才能达到焊接要求；如果确实不能一次性完成的，我们在进行第二次焊接时应该先进行清洗。焊接收尾工作也必须要做好保护工作，以免因为温度过高在空气中破坏焊接区域。焊件需要在保护罩里保存至温度降低到200℃以下方能拿出。焊接时，都会有焊接工艺参数要求，焊接者必须严格按照要求焊接，不能随意更改。

3、钛材焊接技术措施

为了使钛管焊接能够顺利进行，现场焊接施工中采取的主要技术措施有:妥善的防污染措施、严格的清理措施及有效的惰性气体保护措施。

3.1、防污染措施

在钛管预制加工和焊接前，就要准备好下列实施条件。事先为钛管预制加工与焊接准备好专用场所。专用场所应设在封闭良好的厂房内，严禁碳钢、低合金钢材料混入，更不许在同一场所加工、焊接。加工场地应保持清洁、干燥且通风良好

焊接作业尽量安排在室内进行，需要在室外焊接时应安装接口，要搭设好防风、防雨、防雪设施，以避免自然环境的不利影响。焊接环境温度不应低于0’C，相对湿度不应大于90%。

参加钛管预制加工和焊接的人员，应有一定的钛材加工和焊接知识，对从事钛材加工和焊接的人员，做好专业的培训，在经过考核合格之后才可以上岗进行操作。施工人员的衣着需要清洁、干净并穿胶鞋上岗。用于钛管预制加工和焊接的工具应为专用工具，同时需要谨慎保管，确保其是清洁干净。

3.2、采取有效的防范措施

在具备上述实施条件的基础上，在钛管预制加工中还要采取有效的防范措施，控制各种杂质的污染。

在钛管预制加工中，要防止各种杂质的污染，尤其在采用气割方法切割管子和加工坡口时要及时清除表面污染层。

3.3、专用工具不专用,造成污染

钛材受到铁离子污染的情况之下较为容易发生污染,一旦钛材专用工具被用来处理其它材质,其表面比较难及时消除杂质,接着在使用处理加工钛材,而钛材比较软,加工过程之中杂质较为容易侵入钛材的内部而出现污染现象进而对钛材的质量产生过影响。

4、检验控制要求

4.1、焊前检查的要点

焊前检查的要点主要包括有对母材、焊缝外观质量、标识以及质量证明书检查；设备、焊机、热处理等等设施的检查。

4.2、焊接层间温度的控制

钛材与碳素钢及其它合金钢的性质有很大区别,温度大于100℃时其延伸率、弹性极限应力、拉伸强度都很低,且变化斜率较大(见图1),在100℃以下时才能恢复正常,如果层间温度尚在100℃以上时即进行下一层的焊接,就会造成两层接触面因收缩而脱离,影响焊接质量。

4.3、焊接后颜色的误导

在焊接过程之中通常都会出现这样的情况:进行第一次焊接之时焊接颜色变成紫色或则是灰色,而在进行第二次焊接之后期颜色逐渐变为银白色,同时因为射线探伤以及着色探伤都没有缺陷,焊接质量则是合格的,在焊接部位的表面硬度额也是合格的,但是在焊接部位内部硬度已经出现较大的变化,同时脆性逐渐提升,其延伸率则会降低,埋下严重的质量隐患。

4.5、焊后检查要点

4.5.1、焊接接头的检查方法主要有外观检查以及着色检查两种；焊缝表面应该保持均匀、美观；

4.5.2、焊缝的表面不能出现咬边、裂纹、气孔、未熔合、焊瘤等等缺陷；焊缝表面颜色可以出现有蓝色、灰色、紫色、金黄色。钛表面出现的氧化膜的颜色同生成温度有关：在200℃之下是银白色，300℃之时是淡黄色，400℃之时是金黄色，500℃以及600℃时是深蓝色以及紫色，700~900℃则为灰色。温度较低之时氧化色仅仅是表面薄层，可以使用酸洗去除；温度高之时氧化深度逐渐加深，严重之时还会影响到焊缝的质量。所以，焊缝表面颜色则是评价钛焊接时惰性气体的保护情况以及焊缝质量的重要指标以及检验方法。

在生产钛材设备的过程当中，最为重要的一个环节就是进行钛材的焊接工艺。只有真正的了解了钛材的一些基本特性，加强在焊接过程当中的控制，做好焊接之后外观和无损的相关检验报告，从报告中认真的分析产生缺陷的一些原因，采取严格的措施对这些缺陷进行防范，并且改进相关焊接工艺和方法，提高最终的焊接质量，才能最终的提高钛材设备的质量和焊接的合格率。

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