鈦設備的特點不同于碳素鋼、不銹鋼及其它金屬設備， 其制造工藝也有別于以上金屬設備。某廠使用的換熱器結構為方形管板(引進技術，替代產品)，換熱管的數量為468根，換熱管和管板均為工業純鈦(TA2)，換熱管的壁厚僅為0．8 mm。換熱管與管板的焊接有較大的難度。在化工設備中，換熱器的換熱管壁厚一般在2 mm左右，管端相對于管板可以是伸出或縮進， 也可以與管板平齊， 而壁厚較小的換熱管只能采用與管板平齊或管端伸出l mm-2 mm 的接頭型式。

　　鈦材因其良好的耐腐蝕性能在海洋工業中廣泛應用。現有一臺我公司為中國海洋石油公司制造的海水冷卻器,設備參數如下:換熱面積30m2,直徑φ400mm。管程介質:海水;設計壓力: 1. 3Mpa;設計溫度35℃;主體材質:TA2。殼程介質:天然氣;設計壓力1. 0Mpa;設計溫度175℃;主體材質:Q345R。其中管程筒節材質TA2,厚度為10mm;管板材質:TA2,厚度為: 45mm;換熱管規格為:φ19×2,材質: TA2。換熱管與管板連接采用強度焊。

　　1·鈦材的焊接性能

　　鈦是非常活潑的金屬,高溫下與碳、氫、氧、氮等有很強的親和力,在焊縫中生成氫化鈦、碳化鈦、氧化鈦、氮化鈦等脆性化合物,使焊縫的塑性韌性下降。鈦的導熱系數小,熔點較高,焊接時容易出現熱量集中,高溫停留時間過長,會導致焊縫晶粒粗大,降低焊接接頭的綜合性能。因此,鈦材的焊接必須有良好氣體保護措施和合理的焊接參規范。

　　2·鈦材換熱器的焊接

　　該換熱器的焊接均采用鎢極氣體保護焊。焊絲選擇STA2Rφ2~3mm,焊絲符合JB/T4745-2002《鈦制焊接容器》附錄D要求。電源極性為直流正接。保護氣體采用氬氣,純度不低于99. 9%。此設備的焊接包括TA2板間對接;TA2換熱管與管板角接兩部分。

　　2. 1鈦板對接焊接工藝

　　(1)加工坡口。采用V型坡口,1+0. 50mm鈍邊,坡口角度30+2. 52. 5°。坡口采用機械方法加工,表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。

　　(2)清洗。焊前用丙酮將焊絲及坡口兩側表面至少50mm范圍內清洗干凈,并在2h內焊接,否則重新清洗。

　　(3)施焊過程中嚴格實施尾部拖罩和背面拖罩保護。

　　(4)按表1焊接參數施焊,焊接過程中焊絲不擺動。

　　(5)每層焊接完畢后檢查焊縫表面顏色,表面顏色不合格焊層應去除重新焊接。

　　保護罩的銅管及擋板上均勻鉆孔,以使氣體均勻流出。尾部拖罩加在焊槍后部,用于加強正面保護,背面拖罩置于焊縫背面并根據焊接速度移動。拖罩根據焊口形狀尺寸而定。需保證高溫區的鈦板全部置于保護之中,保護氣體要提前輸入并在焊縫冷卻至400℃以下時才能停氣。

　　2. 2換熱管與管板角接換熱管與管板的焊接難點在于:

　　①換熱管及管板四周無法有效的氣體保護。

　　②換熱管管壁薄不易散熱產生熱量集中。

　　我們在換熱管中塞入銅柱,有效地解決了氣體保護和散熱的難題。銅柱中心鉆φ3孔,端部加工斜面如圖。焊接時,焊接換熱管及四周換熱管中均塞入銅柱,焊接換熱管內的銅柱距換熱管管端10mm左右距離,起保護氣體回流作用,四周換熱管內的銅柱與換熱管端平齊,起散熱作用。采用銅材質是因為其具有良好的導熱性能。

　　管板管孔加工2×45°坡口,換熱管外伸2mm,焊角高≥1.5mm。焊接前須將管孔內部及四周、換熱管頂端50mm范圍內用丙酮清洗干凈。鎢極距管板1~1. 5mm,鎢極與管孔夾角15~20°,焊接速度1. 5~2r/min。換熱管與管板焊接規范參數見表1。焊接時盡量選取較小線能量,即在保證焊縫成型良好的前提下,選用小的焊接電源和大的焊接速度,多層多道焊時應在前道焊縫冷卻后再焊下一道,以避免金屬過熱和晶粒粗大現象。

　　3·焊后檢查

　　焊后首先需對焊縫外觀宏觀檢驗,如焊縫成形良好,表面呈銀白色則表明焊縫具有良好性能。如果焊縫呈黃色、藍色表明焊縫被氧化塑性稍有下降,但可以使用。如果焊縫呈青紫色、甚至暗灰色則表明焊縫氧化嚴重,塑性下降易有夾渣、裂紋、氣孔等缺陷。焊縫出現此種顏色需重新進行焊接。宏觀檢驗后對板間對接焊縫按圖紙要求進行射線探傷,符合JB/T4730. 2-2005《承壓設備無損檢測》Ⅱ級合格,管板角焊縫進行著色探傷,符合JB/T4730. 5-2005《承壓設備無損檢測》Ⅰ級合格。探傷合格后對設備進行酸洗,酸洗液采用HF3% +HNO3水溶液,酸洗溫度控制在40℃以下以防鈦被氫化。

　　采用上述焊接工藝和工裝，焊接試板、焊接接頭表面光滑，焊縫均勻。剖開焊縫檢查，焊縫根部熔合良好，焊縫尺寸滿足要求。上述工藝用于產品焊接，取得了滿意結果，經密封性檢查和表面l00％滲透檢查，一次合格。安裝后產品運行狀況一直良好，未發生管端焊縫泄漏現象。實踐使我們體會到：脈沖TIG焊接方法可精確地控制焊接熱輸入和熔池尺寸，是焊接鈦制薄壁換熱管與管板接頭的較佳焊接工藝。