钛管道焊接工艺技术

2006年7月 第

7

期 总158期

INSTALLATION

Jul.2006 No.

7

Total No.158

(重庆工业设备安装集团有限公司，重庆 400014)

李强国

1 前言

公司在承接某化工厂的工程项目中，部分管道在生产过程中输送的液体介质具有易燃、易爆、毒性强、腐蚀性强的特点，为此管道设计采用钛材。钛是非常活泼的金属，高温下与许多气体有很强的亲和力。并在高温的时候极易吸收和溶解气体，与氧、碳、氢、氮和几乎全部的氧化物进行反应。随着温度的升高，钛开始强烈吸收和溶解气体，使其硬度提高，塑性和韧性降低。

2 钛管道焊接施工对场地的要求

为避免钛管道在施工过程中受到铁污染，施工场地就显得很重要。在焊接施工过程中钛表面有了铁污染时，则在电解质情况下，铁与钛形成了微电池，使钛的氧化膜遭到破坏，反应生成的氢及物料中的氢进入钛中，导致钛的氢化或变脆，降低了钛的耐腐蚀能力。为避免钛管道铁污染，因此使用专用加工场地，要求保持清洁，尽量避免与碳钢或低合金钢产品在同一场地进行加工，如果不能避免使用同一场地则应用塑料板隔离。

3 焊接工艺评定试验

按照国家对压力容器、管道的相关规定，公司焊接培训中心对钛材进行了焊接工艺评定试验。 焊接工艺评定是验证施焊单位拟定的焊接工艺的正确性，同时也是评定施焊单位焊制焊接接头的使用性能是否符合设计要

求的能力。通过拟定焊接工艺指导书、施焊试件、制取试样、检验试件和试样的理化试验等过程，得到正确的焊接工艺参数和工艺措施。从而使用正确的焊接工艺指导书（WPS）来指导现场的焊接工作。在焊接工艺评定的试验过程中，焊接负责人和各个控制点负责人都要严格对试验全过程进行质量控制。

4 焊接方法、设备及材料

4.1 焊接方法：钨极氩弧焊

4.2 焊接设备：应选用引弧，稳弧性能好，焊接过程中焊接参数稳定、调节方便、氩气供应系统安全可靠的直流氩弧焊机。

4.3 焊接材料：钛焊丝应符合GB3623的规定，焊丝的化学成分应符合GB3620的规定。当产品对焊缝质量有特殊要求时，应对焊丝质量提出相应的要求。选用焊丝中的间隙元素氧、氮等含量应比母材低一半左右，焊丝的选用对焊缝质量有直接影响。

4.4 焊接用的氩气符合GB4842的规定。所用氩气纯度为一级纯度。氩气纯度应不低于99.99%，其中氧含量低于0.002%，氮含量低于0.005%，氢含量低于0.002%，水分低于0.001mg/L，露点在-40℃以下，相对湿度<5%，气瓶压力不得低于0.5MPa。

4.5 钨极直流氩弧焊推荐采用铈钨电极。

5 焊接管理

摘 要:金属钛管道焊接技术的焊接工艺要求远远比不锈钢焊接工艺要求严格。必须采用合理的焊接工艺，使用优秀

的焊工，选择环境良好的施工场地，并且具有严格的施工管理和全方位的过程控制，才能得到性能符合要求的焊接接头。

关键词:要求；管理；工艺；验收

中图分类号:TG457.19 文献标识码:B 文章编号:1002-3607（2006）07-0032-03

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5.1 焊工管理

钛管道焊接的焊工必须取得《锅炉压力容器压力管道焊工合格证》后方可在有效期内担任合格项目范围内的焊接工作。在产品施焊过程中，焊工必须严格遵守焊接工艺规程，

5.2 焊材管理

现场应设焊材贮存库，库房内设专职保管员负责对焊材保管，做好入库登记，发放和回收记录。所有入库焊材及施焊使用焊材必须经过焊接责任工程师确认质量证明书及合格证。贮存库应保持干燥，相对湿度应不大于60%。

5.3 焊接环境

钛管道焊接在空气洁净、明亮、无尘、无烟的环境下进行。同时应与钢、铁作业区隔开。焊接时应远离通风口和敞开的门窗，场地地面还应铺设橡胶等软垫。

5.4 工艺管理

钛管在施工前，焊接责任工程师对焊工进行技术交底，讲解钛材的相关知识和焊接要点。并说明所有的焊接工作必须按照已经批准的焊接工艺指导作业书严格执行的重要性。

6 焊接工艺

6.1 焊接位置宜采用转动平焊，固定焊口焊接工艺、操作方法与平焊的焊接工艺、操作方法相同。

6.2 焊接时焊接电流应在合格的工艺参数范围内选用小电流焊接（见表1），其焊接层间温度控制不高于200℃。

6.3 气体保护装置

钛焊接不能采用一般的药皮焊条焊、气焊等，要采用惰性气体保护下的钨极氩弧焊。由于钛的熔点高、导热性差、热容量小、电阻系数大，因而与钢、钼、铝等的焊接相比，钛的焊接熔池积累的热量多、尺寸大、高

温停留时间长、冷却速度慢。在正常时的焊接工艺下，刚焊完的焊缝在长度方向上超过600℃的区域比不锈钢约大1.5倍，比碳素钢大2.3倍，比铝大16倍，比铜大23倍。因而焊钛时，不但熔池区域要用焊喷嘴保护熔池，焊后正在冷却中的热态焊缝接头正面也要用拖罩保护，背面也应当充入氩气进行保护，并且保护措施应充分可靠，使用保护拖罩是钛焊接的特点。

6.3.1 焊接钛管所用的氩弧焊焊喷嘴与焊接铝或不锈钢的焊喷嘴有所不同，采用喷嘴出气口直径范围为12mm～16mm，喷嘴的保护气流量应为8L/min～12L/min。喷嘴内部最好装有用多孔材料或细孔钼丝筛制成的“气体透镜”使喷嘴喷出的氩气保持稳定层流。如图1：

6.3.2 拖罩形式是根据现场焊件形状和尺寸自行制造。它应能保护温度在400℃以上的焊缝和热影响区，拖罩的形状和尺寸应随冷却方式、焊接电流及焊缝形状等因素而定。拖罩贴在焊接区随焊一起移动（见图2）。

6.4 操作技术

钛管道手工钨极氩弧焊时，焊炬与焊件应保持（75°～85°）夹角，焊丝与焊件间的夹角尽量保持在

图1 自制氩弧焊嘴图

表1 焊接工艺参数表

壁厚(mm)

焊层

钨极直径(mm)

焊丝直径(mm)

喷嘴直径(mm)

层间温度(℃)

焊接热输入

氩气流量(L/min)焊接电流（A）焊接电压（V）焊接速度(m/min)

喷嘴保护罩背面1～21 1.6 2.012～10～70

10～129～168～1216～256～103～4

2

2.0

2.0

16～20

≤200

80～110

10～12

7.5～15

12～15

25～30

8～15

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图2 钛管焊接操作示意图

（10°～15°）见图2。焊丝沿熔池前端有节奏地送入熔池。焊接过程中填充焊丝的加热端应始终保持在氩气的保护之下，不得将焊丝端部移出氩气保护区。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。焊的移动基本不作横向摆动，当需要摆动时，频率要低，摆幅不宜过大。偶然断弧及焊缝收尾处要继续通气保护，直至焊缝接头冷却至350℃以下。焊接过程中电弧应保护稳定，避免钨极与焊件或焊丝接触造成夹钨。出现夹钨时应立即停止焊接，消除缺陷后方可继续施焊。

7 焊接检验

7.1 钛管道现场施工焊接后均应对焊接接头进行表面颜色的检验。焊道表面的色泽检查应在焊后清理前进行。焊道色泽检查合格标准见表2：

7.2 经外观检查合格、色泽检查合格后才能进行无损检测。钛管道底层焊道均应进行渗透检测，检测方法按《压力容器无损检测》JB4730执行，以无裂纹和其它任何表面缺陷合格。除设计另有规定外，对接焊缝的射线检测应按《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收

规范》GB50236-98附录下的规定执行。与管道连接的角焊缝（包括支管、补强、法兰等）均应按《压力容器无损检测》JB4730的规定进行渗透检测。

7.3 焊缝经无损检测发现不合格部位，必须进行返修。对需要焊接返修的焊缝缺陷应当分析产生原因，提出改进措施，编制焊接返修工艺。焊缝同一部位返修次数不宜超过两次。返修前需将缺陷清除干净，待补焊部位应开出宽度均匀，表面平整，便于施焊的凹槽，需经技术总负责人批准。返修后应将返修次数、部位和返修情况记入施工质量档案。返修焊缝性能和质量要求应与原焊缝相同。

8 管道的竣工验收

由于钛管在本工程是属于特种设备内的压力管道。为此在该管道安装完毕自检合格后，向工程所在地区特种设备监督检验机构递交检验申请，经该地区“质量技术监督局”特种设备安全监督检验机构检验，公司所安

装的钛管完全符合检验标准并出具了检验合格报告。并将检验合格结果和相关资料移交业主和监理。

9 总结

通过对金属钛管道焊接过程的严格控制，现场共计焊接焊口4500个，经X射线探伤检查，焊口一次合格率达到99%的好成绩，大大地缩短了工期，降低了成本。同时积累了对钛管焊接工艺宝贵的经验和数据，以便今后在其他项目中的金属钛管道安装焊接施工中查阅、修改、补充。

焊道颜色氩气保护情况

保护效果质量判断处理方法银白色（金属光泽）良好优合格不用其它处理金黄色（金属光泽）尚好良

合格可不用处理

紫色（金属光泽）

较差低温氧化，表面污染，高温氧化，污染严重焊缝性能下降

合格

去除紫色、蓝色，去不掉处应返修

蓝色稍差不合格

灰色差保护不好污染严重

不合格返修

暗灰色差灰白色很差黄白色

很差

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。