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1性能分析

??1.1工業(yè)純鈦的組織結構及基本性質

??882℃至熔點1678℃中間穩(wěn)定存在的體心六方結構（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，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。首先，結構密度低，加上恰當?shù)谋砻鎻埩σ馕吨鄢爻霈F(xiàn)問題的可能性很小，焊接寬焊縫時，焊道形狀能十分均勻；其次，鈦的低導熱性能，能保證進入熔池的熱量散失較慢；進一步，鈦的熱膨脹系數(shù)比較低，從而使得鈦材焊縫變形極小，熱感應裂紋實際上不存在。

??鈦加熱到高于α→β轉變的臨界溫度時，晶粒長大的開始瞬間，是以晶界突跳式位移的方式進行的。隨著晶粒尺寸的增加，晶粒長大的速度減慢。但隨著溫度的提高，晶粒長大的速度又重新加快。這種柱狀β晶粒的形態(tài)、尺寸由“競相生長”過程決定的，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。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，細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、低頻和高頻脈沖、噴射保護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加熱時晶粒長大的傾向大入量選取12￣15kJ／cm為宜。

??雜質對工業(yè)純鈦的性能影響很大，雜質含量高則強度提高，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，在300℃以上開始吸氫，在600℃以上大量吸收氧和氮，同時，F(xiàn)e離子對工業(yè)純鈦的性能影響也非常大，這些雜質元素主要來源于氣氛中以及焊件、焊材表面。各種雜質元素對鈦材性能影響極大，具體分析如下。

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

??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，塑性嚴重降低。

??環(huán)境氣氛中少量O、N雜質的污染，雖不能改變晶體結構，但他們常處在晶1.2.3焊接接頭冷卻時的組織轉變1.3雜質元素的影響分析格的間隙位置，阻礙位錯移動，顯著提高鈦的硬度和強度，引起焊接點脆化。

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

??2焊接工藝評定試驗

??2.1焊接工藝參數(shù)的選定

??需要惰性氣體保護的特點，采用手工鎢極氣體保護焊（GTAW）的焊接方法，同時嚴格控制焊件、焊材表面雜質含量，焊接質量能得到保證。鈦管焊接工藝評定手工鎢極氣體保護焊的焊接工藝參數(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成分和力學性能應與母材相當。

??2.2焊材選用原則

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

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

??2.3坡口角度

??2.4雜質元素的防護

??焊接前采用專用不銹鋼刷工具清除坡口及其兩側不少于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75mm范圍內(nèi)進行脫脂處理，擦拭采用潔凈的棉布，清潔后的焊絲在使用中應戴潔凈手套，并始終保持清潔無污染、無水分。

??由于鈦對氧、氮和氫有脆化敏感性，所以對焊接區(qū)溫度高于400℃的部分應重點保護，以隔絕空氣。通常采用輔助保護形式（尾隨拖罩）加背面保護的方法進行焊接過程的保護。在大氣中采用高純度的氬氣（99.99％以上）進行保護，并確保以下三部位能得到保護：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氣體。普通的輔助保護是后拖保護，由噴嘴和金屬室組成，惰性氣體流過帶孔的金屬板進入焊縫區(qū)而起到保護作用。保護罩尺寸：寬度50￣70mm，弧長80￣180mm.

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

??工藝評定試件焊接完成后，經(jīng)無損檢測檢驗合格后根據(jù)標準進行理化試驗。試驗結果如表6和表7.

??2.4.1焊件、焊材處理2.4.2氣體保護2.5工藝評定結果試驗結果表明，焊接工藝完全滿足焊接接頭的使用性能。

??3.1.1鈦管施工，場地保持潔凈。預制車間的存放、預制平臺鋪設δ5mm橡膠皮。現(xiàn)場焊接時，為了防止周邊環(huán)境因素影響焊接質量，搭設由鋁合金支架和防火帆布制作而成的防護棚。

??3.1.2在進行鈦材焊接前，采用菲奧琳試驗對周圍空氣進行無鐵離子污染檢測（每日2次）。并且潔凈廠房內(nèi)保持無鐵離子、過濾干凈的微正壓空氣。

??3.1.3鈦管切割、坡口加工、鉆孔采用機械方法，切割和加工表面不得過熱變色。管子及管件清理或打磨坡口表面時，應采用專用砂輪片或不銹鋼刷進行。

??3.1.4根據(jù)焊接工藝指導書的要求進3焊接施工及質量檢驗3.1焊接施工行焊接施工。焊接工藝參數(shù)、焊材選用、氬氣保護措施、焊材及焊件清理與焊接工藝評定時完全相同。

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

??焊縫寬度每邊不超過坡口邊緣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，對焊接接頭進行檢驗，包括外觀檢查、色澤檢查、射線探傷和光譜檢查3.2.1外觀檢查。

??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。

??為了確保質量，所有鈦材焊接接頭經(jīng)100％RT檢測。采用手工鎢極氣體保護焊的焊接方法，選用小焊接線能量，焊材選用符合GB／T3623－2007標準的TA2.焊接過程中對焊接接頭熔池、尾部高溫區(qū)域以及焊縫背部采用高純氬氣進行保護；焊接前對焊件、焊材嚴格清理，同時焊接過程中嚴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足規(guī)定要求。