一文搞定钛管焊接的工艺要点

‌钛管有较高的强度、良好的塑性韧性和耐蚀性，在航天、造船、化工中的应用越来越广泛。要想更好的利用钛管，必须掌握其焊接性。本文主要阐述了钛管的焊接工艺，为今后钛管的焊接提供了有益的借鉴。

1、焊前准备

焊件和钛焊丝表面质量对焊接接头的力学性能有很大影响因此必须严格清理。铁板及钛焊丝可采用机械清理及化学清理两种方法。

1.1机械清理对焊按质量要求不高或酸洗有困难的焊件，可用细砂纸或不锈钢丝刷擦拭，但最好是用硬质合金黄色刮削钛板，去除氧化膜。

1.2化学清理。焊前可先对试件及焊丝进行酸洗，酸洗液可用HF5%+HNO335%的水熔液。酸洗后用净水冲洗，烘干后立即施焊。或者用丙酮、乙醇、四氯化碳、甲醇等擦拭钛板坡口及其两侧(各50mm内)、焊丝表面、工夹具与钛板接触的部分。

2、焊接设备的选择 钛及钛合金金钨板氩弧焊应选用具有下降外特性、高频引弧的直流氩弧焊电源，且延迟递气时间不少于15秒，避免焊遭受到氧化、污染。

3、焊接材料的选择 氩气纯度应不低于99.99%，露点在-40℃以下，杂质总的质量分数<0.001%。当氩气瓶中的压力降至0.981MPa时，应停止使用，以防止影响焊接接头质量。原则上应选择与基本金属成分相同的钛丝，有时为了握高焊缝金属塑性，也可选用强度比基本金属稍低的焊丝。

4、气体保护及焊接温度 钛管接头在焊接是地，为了防止焊接接头在高温下被有害气体及元素污染，必须对焊区及焊缝进行必要的焊接保护与温度控制，其温度应在250℃以下。保护与温度控制的主要方法:一是对表面焊缝加保护气体拖罩;二是将被焊接头管内充满保护气体。保护气采用氩气，其纯度应≥99.99%。保护气体的流量应满足焊接技术要求

5、焊接参数的选择

5.1 钛合金焊丝。填充焊丝的牌号应根据母材来选择，一般采用与母材同质的原则，有时为了提高接头的塑性，也可以选择比母材合金化程度稍低的焊丝。焊丝直径应根据母材厚度来选择(见表2) 表 2

5.2 钨极。最好选用铈钨极，其直径根据钛合金管壁厚选择，一般在1.0~3.0mm，钨极端部应磨成30~45度锥形。

6、坡口形式的选择 原则尽量减少焊接层数和焊接金属。随着焊接层数的增多，焊缝累计吸气置增加，以至影响焊接接头性能，又由于钛及钛合金焊接时焊接熔池尺寸较大，因此试件开单V型70~80°坡口。

7、试件组对及定位焊 为了减少焊接变形，焊前进行定位焊，一般定位焊间距为100~150mm，长度为10~15 mm。定位焊所用的焊丝、焊接工艺参数及气体保护条件应与焊接接头焊接时相同。间隙0~2mm，钝边0~1.0mm。

　　1.焊接材料

　　焊丝：ERTi—2；焊接方法：GTAW（手工钨极氩弧焊）

　　保护气：用纯度为99.995%，含水量不应大于50Mg%m3的氩气，对焊接熔池及焊接接头内外表面温度高于400℃的区域均采用氩气保护。

　　2.焊前准备

　　（1）坡口加工

　　钛管切割后，采用氧化铝砂轮机打磨出坡口，如下图所示，加工坡口不允许使母材产生过热变色。

　　（2）坡口及焊丝清理

　　a.坡口及其两侧各50mm以内的内外表面进行清理，清理程序如下：

　　磨光机打磨→砂纸轮抛光→丙酮清洗。

　　清洗后不能直接进行焊接作业，待坡口端面晾干后方可以作业。如果放置时间超过2小时，须重新清理一遍或者采用自粘胶带及塑料布对坡口予以保护。

　　b.焊丝也用沾丙酮的海绵擦拭干净，并存放在专用的焊丝盒内。

　　c.操作人员在焊接过成中必须戴洁净的手套。

　　3.焊接工艺规范

　　（1）焊接规范：如下表

　　（2）焊接时应在合格的工艺参数范围内选用小线能量焊接，一般控制在6~35KJ/cm，宜采用小电流，慢速焊。

　　（3）层间温度不得高于200℃，防止高温时间过长晶粒长大。

　　（4）为保护断弧后收弧处的表面，应待焊接点温度在300℃以下，（时间在15~60s，可根据管径由小到大而逐渐延长）后再停止送气保护。

　　（5）充氩保护：具体措施如下：

　　a．对于DN大于等于450的管子焊接时，管内工作人员戴上防毒面具，手持保护罩对焊接熔池背面进行保护。

　　b．对于DN小于450的管子或固定口焊接时，整体充氩保护，在管子内表面距离坡口150—300mm处采用可溶纸密封，再塞入一团可溶纸防止管内气压过大将密封可溶纸破坏，然后充入氩气将管内空气排净。焊接前必须充分预充氩气，焊后应延时充氩，以使高温区充分冷却，防止表面氧化。

　　（6）焊接过程中填充焊丝应始终保持在氩气的保护之下。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。焊丝如被污染、氧化变色时，污染部分应予以切除。

　　（7）不得在焊件表面引弧或试验电弧；收弧时应将弧坑填满，多层焊的层间接头相互错开。

　　（8）除有特殊要求外，每条焊缝应一次连续焊完，如因故被迫中断，再焊时必须进行检查，确认无裂纹后方可继续施焊。

　　（9）如果焊接作业时不慎出现夹钨时，应停止焊接作业，用磨光机清除钨点，钨级端部重新打磨，达到要求后方可重新进行焊接作业。

　　以上所述工艺要点保证了钛管焊接的正常进行，也达到了钛管的焊接质量要求。