工業(yè)純鈦具有塑性韌性好、耐腐蝕、焊接性好和易于成形等特性，在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在承接鈦材電鍍槽的試制生產(chǎn)時(shí)，采用4 mm的工業(yè)純鈦板材進(jìn)行焊接制作。為此，設(shè)計(jì)了鈦材電鍍槽的焊接工藝。

　　1  電鍍槽焊接的質(zhì)量要求

　　電鍍槽主要用于盛放電解液，其質(zhì)量應(yīng)符合以下要求：

　　(1)符合GBl50—1998《鋼制壓力容器》制造驗(yàn)收條件；

　　(2)對(duì)接焊縫無(wú)損檢測(cè)及合格標(biāo)準(zhǔn)：按JB4730—94，100％焊縫長(zhǎng)度x射線探傷，II級(jí)合格；

　　(3)水壓試驗(yàn)壓力：容器臥置，以lO.5 MPa的壓力進(jìn)行水壓試驗(yàn)，無(wú)滲漏；

　　(4)接頭形式及焊縫質(zhì)量要求：接頭形式主要有對(duì)接接頭、角接接頭和T形接頭。焊縫與母材應(yīng)圓滑過(guò)渡、焊縫及熱影響區(qū)表面不得有裂紋、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷；

　　(5)焊后處理：焊后一般需要進(jìn)行消應(yīng)力退火熱處理，并清除脆化氧化層。

　　2鈦的焊接特性與影響焊縫質(zhì)量的因素

　　鈦是一種化學(xué)活性金屬，常溫下能與氧生成致密的氧化膜而保持高的穩(wěn)定性和耐腐蝕性。在400℃以上高溫下，鈦與氮、氧、氫反應(yīng)速度快，在空氣中的氧化過(guò)程很容易進(jìn)行。

　　(1)氧與氮的影響。氧與氮以間隙形式固溶于β-Ti、β-Ti中，使鈦晶格畸變，變形抗力增加，強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性降低，使工件的冷彎性能降低，若不能有效保護(hù)焊縫及其高溫區(qū)域，導(dǎo)致焊縫脆化，在焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣孔和裂紋。保護(hù)氣體氬氣中的氧與氮的雜質(zhì)含量增加，雖然能使焊縫硬度增加，但對(duì)焊縫質(zhì)量的保證是不利的，應(yīng)設(shè)法避免。

　　(2)氫的影響。鈦中氫的含量增加，使得焊縫金屬的脆化轉(zhuǎn)變溫度升高，焊縫金屬?zèng)_擊韌性急劇降低，影響了焊縫和焊接接頭的力學(xué)性能，易產(chǎn)生冷裂紋。

　　(3)碳的影響。碳以間隙形式固溶于a-Ti中，使強(qiáng)度提高，塑性下降。碳含量超出溶解度時(shí)，生成網(wǎng)狀分布的TiC，易引起裂紋。焊接時(shí)，工件及焊絲上的油污能使焊縫增碳。

　　(4)冷卻速度的影響。鈦金屬的熔化溫度較高(1 725℃)，導(dǎo)熱系數(shù)小，在焊接熱循環(huán)作用下，使得高溫口相晶粒長(zhǎng)大，致使焊縫塑性下降；當(dāng)冷卻速度較快時(shí)，又易形成不穩(wěn)定的鈦馬氏體a′相，使焊縫變脆。因此，要嚴(yán)格控制冷卻速度，使焊縫的強(qiáng)度和塑性達(dá)到使用要求。

　　(5)熱變形的影響。由于鈦的彈性模量小，約為碳鋼的一半，導(dǎo)熱系數(shù)比碳鋼小，線脹系數(shù)隨溫度升高而增加，在焊接中焊縫收縮與膨脹變形比鋼大。所以在鈦板焊接中要密切關(guān)注熱變形的防止與控制。

　　3焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)

　　由于4 mm鈦板焊接屬于新試驗(yàn)，考慮到產(chǎn)品的焊縫形式，按照J(rèn)B／T4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》要求，進(jìn)行對(duì)接焊縫接頭和T形角焊縫接頭的工藝評(píng)定。

　　3。1焊接材料選擇

　　試件材料選用與電鍍槽材質(zhì)相同的TAl純鈦，規(guī)格為300 mm×125 mln×4.O mm，共4塊，其中2塊用于對(duì)接接頭，2塊用于T形角接頭。對(duì)于4 mln的鈦板焊接，若開(kāi)坡口，增加焊縫面積，變形增大。制作試件時(shí)，采用了不留間隙雙面焊的方法。HG焊的焊絲選用與母材同牌號(hào)的TAl4直徑為1.5 mm的鈦絲；保護(hù)氣體選用氬氣，成分要求為：Ar≥99。9％、N≤O.01％、O≤O.005％、H2O≤O.07％；焊接時(shí)，對(duì)于對(duì)接接頭，不加填充焊絲，對(duì)于T形接頭，則雙面都加填充焊絲。

　　3.2試件的焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

　　焊接設(shè)備選用WS5—400TIG焊機(jī)，其焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表l。

　　3.3檢驗(yàn)項(xiàng)目及實(shí)測(cè)結(jié)果

　　焊接工藝評(píng)定主要檢驗(yàn)項(xiàng)目為，對(duì)對(duì)接接頭焊縫進(jìn)行外觀檢查、X射線探傷檢驗(yàn)、力學(xué)性能試驗(yàn)(拉力試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn))，各項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2；對(duì)T形接頭焊縫進(jìn)行外觀檢查、金相宏觀檢查等，各項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

　　按照焊接工藝評(píng)定要求，進(jìn)行上述試件焊接、試樣檢驗(yàn)、性能測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果符合JB／T4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》要求，工藝評(píng)定合格。

　　4焊接工藝

　　4．1  焊前處理

　　為保證焊縫質(zhì)量，必須進(jìn)行焊前處理，其目的是去除氧化膜和油污等。

　　(1)焊絲的處理：用砂布去除焊絲表面的氧化膜，并用丙酮清洗后立即焊接。

　　(2)坡口的處理：用銼刀、砂布去除坡口處的氧化膜，用鋼絲刷刷去接縫區(qū)20 mm范圍內(nèi)的氧化膜，用丙酮進(jìn)行首次清洗，鈦板對(duì)接后，為防止組裝時(shí)的油污或其它油漬留在接頭縫隙中，以防增碳導(dǎo)致裂紋，需用丙酮進(jìn)行再次清洗。

　　4．2氣體保護(hù)

　　鈦板焊接的關(guān)鍵是400℃以上區(qū)域的保護(hù)，因?yàn)殁佋?00℃以上即會(huì)與空氣中氧、氮等反應(yīng)，影響焊接質(zhì)量。影響氣體保護(hù)的因素有氣體純度、流量、噴嘴結(jié)構(gòu)與尺寸、噴嘴到工件表面的距離以及附加保護(hù)裝置等，著重解決兩個(gè)主要問(wèn)題。

　　(1)氣體流量和噴嘴尺寸選擇：流量太小或噴嘴太大時(shí)，保護(hù)氣體不足，保護(hù)效果較差；但流量太大或噴嘴太小也不行，它會(huì)使噴嘴前的氣體層流破壞，影響焊縫質(zhì)量。因此，選擇噴嘴尺寸和流量與焊接的板材厚度有關(guān)，選擇的原則是，在氣體保護(hù)區(qū)域面足夠覆蓋住高溫區(qū)域的情況下選用小尺寸噴嘴。通過(guò)對(duì)4 mm鈦板的焊接試驗(yàn)，選用Φ16 mm的噴嘴，氣體流量為8～10 L／min，正面拖罩的氣體流量為10～12 T／min，反面拖罩的氣體流量為16-18 L／min。

　　(2)保護(hù)拖罩的改進(jìn)：鈦板焊接時(shí)，不僅要對(duì)熔化過(guò)程進(jìn)行氣體保護(hù)，而且還要對(duì)尚處于高溫狀態(tài)的焊縫區(qū)進(jìn)行氣體保護(hù)。由于鈦在400℃以上高溫下，即會(huì)與空氣中的氧、氮等快速反應(yīng)發(fā)生氧化過(guò)程，影響焊接質(zhì)量，故不但要對(duì)焊縫正面進(jìn)行保護(hù)，而且也要對(duì)焊縫背面進(jìn)行保護(hù)。

　　在工作中，為節(jié)約氬氣，確保保護(hù)效果，保證焊縫質(zhì)量，在拖罩使用中采取了兩項(xiàng)改進(jìn)措施：一是實(shí)行拖罩與焊槍分離，改變拖罩與焊槍一起拖動(dòng)的一般做法，避免了因操作抖動(dòng)而影響低保護(hù)的可靠性。二是背面拖罩采用磁力吸緊、增加氣密性。

　　4．3焊接操作工藝

　　(1)采用直線運(yùn)絲法焊接，不作擺動(dòng)，以保證焊縫寬窄高低一致。對(duì)于角焊縫，焊絲與水平板的夾角為40°-50°，指向接頭的夾角處，可避免產(chǎn)生咬邊、焊瘤和焊縫下垂等缺陷。

　　(2)為了減小焊接變形和鎢極燒損，盡可能采用小的熱輸入，嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)。除上述工藝評(píng)定試驗(yàn)選定的參數(shù)外，鎢極直徑為2．5 mm，頭部磨成錐形，鎢極伸出長(zhǎng)度為3～4 mm，噴嘴直徑為16 mm。

　　(3)長(zhǎng)焊縫焊接時(shí)，為了減小變形，可采用分段退焊或分段跳焊法焊接，以減小熱量集中輸入，減小焊接變形。

　　(4)確保氣體保護(hù)效果，焊前提前送氣，焊后延時(shí)關(guān)氣是必不可少的。施焊前，打開(kāi)送氣閥門(mén)，在焊接區(qū)正、背面拖罩內(nèi)充滿(mǎn)保護(hù)氣體；焊接完成后，焊炬噴嘴中的氬氣在滅弧后10～15 s后關(guān)閉，正、背面拖罩內(nèi)氬氣在滅弧后40～45 s后才能關(guān)閉。

　　(5)在大面積平板焊接時(shí)，可用自動(dòng)氬弧焊機(jī)，以提高工效。

　　5  結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)4 mm鈦板的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)和純鈦電鍍槽的焊接，得出以下結(jié)論：

　　(1)4 mm厚鈦板的對(duì)接接頭可不開(kāi)坡口進(jìn)行無(wú)間隙雙面不填加焊絲焊接。

　　(2)通過(guò)改進(jìn)拖罩結(jié)構(gòu)，利用磁力吸緊，使背面拖罩貼緊鈦板，增加氣密性，焊接大件時(shí)省氣、省力、提高焊縫質(zhì)量。

　　(3)防止焊縫脆化，控制氧、氮、氫的雜質(zhì)影響，氣體保護(hù)是關(guān)鍵，焊前處理不可少。

　　(4)焊接方法和合理選擇焊接工藝參數(shù)是控制焊接變形的主要工藝措施。應(yīng)盡可能選用熱輸入小的工藝方案。