媒介

随着中国中冶产业多元化战术发展的必要，，，阐扬矿产资源、冶金建设、产品出产全产业链的优势作用，，，以中国中冶集团为投资主体，，，在河北省曹妃甸经济开发区投资建设中国中冶新资料出产基地。。该项目建成后，，，将形成从原料到先驱体、正极资料、电池组装、整车制作一条龙的产业链优势，，，实现全产业链融合。。在出产链条上最重要的一个环节就是高镍三元先驱体的制备，，，其出产工艺过程是选取的硫酸制备系统，，，要求出产系统拥有较高的耐蚀性，，，在系统设备、管道中大量选取钛及钛合金材质制备。。除成套供给的设备、储罐、管道衔接件外，，，在本项目中共涉及钛材质管道共计18种，，，其中准820mm×5mm，，，φ1320mm×6mm管道为现场钛、钢复合管道，，，其余φ25mm×2mm，，，φ32mm×2.5mm，，，φ89mm×2.5mm，，，φ108mm×3mm，，，φ133mm×3mm，，，φ159mm×3.5mm，，，φ219mm×3.5mm，，，φ273mm×3.5mm为制品钛制管道，，，共计两千余米。。

钛及钛合金材质的使用对高镍三元资料的出产过程及出产线全周期寿命拥有重大影响，，，焊接工作是施工过程中易产生材质失效的重要环节，，，通过全面、系统地进行焊接性分析，，，有主张地进行焊接工艺评定，，，选择、确定合理的焊接步骤、焊接资料、焊接工艺参数及保障优良的施焊过程是焊接钛及钛合金前提，，，在确：：附庸こ讨柿客卑盐障嘤Ψ翘鹗艉附佑泄丶际跻彩潜疚牡闹氐阒。。

1、钛及钛合金理化机能

钛及钛合金凭据其合金含量、种类及室温组织的分歧，，，可分为工业纯钛、α型钛合金、α＋β型钛合金及β型钛合金，，，其典型钛及钛合金产品商标见表1，，，典型钛及钛合金产品化学成分见表2，，，典型钛及钛合金板材横向室温力学机能见表3。。

（1）工业纯钛其拥有熔点较高，，，通常熔点在1668℃以上，，，屈强比高的特点，，，并且在通常环境下拥有很高的化学活性，，，纯钛金属理论在天然前提下会形成一层不变而致密的氧化膜，，，由于氧化膜的存在，，，使纯钛拥有对酸、碱溶液很高的耐蚀机能。。工业纯钛中均含有肯定的微量杂质，，，是工业纯钛强化的重要成分，，，随着杂质的增多，，，工业纯钛的屈服强度、抗拉强度会有所提升，，，但伸长率会降落，，，拥有优良的加工机能，，，存在显著的加工硬化景象，，，冲击韧性良好，，，尤其拥有优良的低温冲击韧性。。

（2）α型钛合金其根基机能与工业纯钛一样，，，是钛合金的一种，，，其重要合金元素是铝，，，即铝元素溶入钛中形成的α固溶体，，，提高了钛合金的再结晶温度，，，其耐热性及力学机能也相应有所提高，，，铝元素的参与也提高了氢在钛的溶化度，，，降低了氢脆敏感性，，，铝元素的上限溶入质量分数通常≤7％，，，过多会出现Ti3Al相，，，导致脆性。。α型钛合金拥有金属组织不变、焊接机能好、高温强度高、塑韧性好、抗氧化能力强的特点，，，只能进行冷作强化。。

（3）β型钛合金在工业上使用的β型钛合金在平衡状态下均为α＋β两相组织，，，在空冷时能够将高温状态下的β相组织维持到室温，，，得到全β相组织。？Ｄ芄豢闯靓滦皖押辖鹩涤胁徊槐湫，，，但此类合金拥有优良的加工机能，，，经淬火时效处置后可得到很高的室温强度，，，耐高温机能差，，，也就不具备优良的焊接机能。。

（4）α＋β型钛合金拥有优良的综合力学机能，，，强度高，，，可进行热处置强化，，，压力加工机能较好，，，中温耐热机能优良，，，但双向组织结构不够不变。。

在α＋β型钛合金中拥有α不变元素，，，也有β不变元素，，，使两项固溶体同时强化，，，β固溶体的形成重要是改善合金的加工机能及赋于合金拥有热处置强化的能力，，，所以α＋β型钛合金的机能重要是由β固溶体决定的，，，形成β固溶体能力越强，，，固溶强化和不变能力越大，，，对机能改善也就越显著。。中冶新资料工程项目是选取的工业纯钛TA2材质的管线及板材，，，在对所涉及的资料进行焊接工艺确定前，，，对有关资料进行了理化分析与相识，，，并对有关设备制作单元及设计要求进行了当真的钻研，，，对部门钛材焊接工艺评定分析后，，，结合NB/T47014—2011尺度重新对相应规格的TA2进行焊接工艺评定工作，，，通过TA2的焊接工艺评定对有关钛合金材质的焊接性进行同步把握。。

2、焊接性分析

钛及钛合金的重要杂质元素为H，，，N，，，O，，，C，，，Fe和Si等，，，杂质含量决定着钛及钛合金的理化机能，，，所以在焊接过程中应分析杂质元素对焊缝质量的影响，，，在焊接过程中加以有针对性地节制，，，从而得到等效焊接质量。。

2.1H，，，N，，，O对焊接质量的影响

钛及钛合金在常温情况下的耐蚀性及不变性是由于与氧化合形成的一层致密的氧化膜起作用的，，，而钛及钛合金在高温状态下对H，，，N，，，O拥有很高的吸收能力，，，其中O，，，N元素与钛及钛合金形成间隙固溶体，，，随着O，，，N含量的增长，，，钛的强度会提高，，，但塑性会急剧降落。。

H对钛及钛合金的影响重要表此刻氢脆上，，，钛与氢结合形成TiH2，，，散布于孪晶线与滑移面上，，，对钛及钛合金的力学机能产生影响，，，严重降低钛金属的韧性。。

固然钛及钛合金在常温下拥有很好的钝化；；げ，，，但在高温情况下及在温升过程中，，，钛对H，，，O，，，N吸收会逐步加大。。在天然环境中，，，对于氢、氧、氮的吸收初始温度别离是250，，，400，，，650℃[1]。。通过以上分析，，，在钛及钛金属的焊接过程中，，，仅对熔池的；；な遣荒苈愫附又柿勘匾，，，在焊接过程中除了对熔池；；ね，，，还要针对焊缝温度进行节制，，，使；；て蹇赡馨樗婧阜煳露冉档偷桨踩咭韵，，，从而得到质量靠得住的焊缝。。

2.2Fe，，，C，，，Si元素对焊接的影响

Fe，，，C，，，Si对钛及钛合金的影响重要来自于施焊环境，，，工件理论处置、焊材、施工步骤要求城市带来肯定的影响。。C作为间隙型元素，，，起到弥散强化作用，，，能提高钛及钛合金的强度，，，同时也会降低其塑性，，，与Ti化合形成的TiC会使焊缝塑性急剧降落，，，在焊策应力作用下导致裂纹产生。。Fe，，，Si作为置换性元素能够固溶于钛金属，，，也能够与钛产生化合，，，形成化合物，，，当Fe，，，Si质量分数小于一个定值时，，，对钛合金的耐蚀性有利，，，强化作用显著，，，过高会起反作用。。在复合板焊接过程中该把稳工作面与过渡层的焊接资料选择，，，预防铁元素对工作面的影响，，，以保障工作面的耐蚀机能。。

2.3易产生的焊接缺点

钛及钛合金在焊接过程中最容易出现的焊接缺点是焊接裂纹及气孔。。由于钛及钛合金含有极少的C，，，S，，，P等杂质，，，可能形成低熔点共晶体的几率就会很少，，，在焊接过程中出现热裂纹的景象也就相对降低。。而H，，，N，，，O在焊接过程中由于；；げ坏轿，，，会造成2种冷裂纹偏差，，，一是高N，，，高O情况下的脆化景象，，，在较大焊策应力作用下产生冷裂纹，，，并增大了缺口敏感性；；二是由于焊接时氢在熔池和母材向热影响区的扩散，，，而形成的集聚，，，析出的过程中形成化合物，，，增大脆性与组织应力，，，从而导致延长裂纹。。这2种裂纹的产生重要是在焊接过程中解决好焊缝的防护问题，，，预防3种气体的侵入，，，在焊接过程中不仅要做好焊接熔池的防护，，，更要对焊缝温度进行节制，，，让焊缝在2000℃以下脱离；；，，，以削减H，，，O，，，N的作用。。

3、焊接工艺过程确定

凭据设计要求，，，钛管拥有肯定结构强度及耐蚀性要求，，，在施工中应结合钛及钛合金导热性差、比热容低、焊接热影响区容易过热及化学活性大的特点，，，在焊接步骤、焊接资料、焊接过程等环节加以节制。。

3.1焊接步骤简直定

凭据钛及钛合金理化机能、冶金学特点，，，在选择焊接步骤时应重点解决钛及钛合金导热性差、比热容低及焊接影响区容易过热的问题，，，并且在焊接过程中要解决钛及钛合金在高温下化学活性高，，，易与H，，，O，，，N产生化学反映，，，造成焊缝区理化机能降落，，，不能满足工程执行必要的问题，，，并结合施工现场的环境、前提等客观成分，，，焊接步骤以钨极氩弧焊（GTAW）最为合适。。

3.2焊接资料选择

结合强度、化学成分匹配相当的焊接资料选用准则，，，施焊后的焊缝强度不低于母材的强度要求，，，并满足焊缝化学成分与母材维持一致水平，，，在介质管线工作中能达到使用要求，，，凭据设计及有关的焊接规程要求选择焊接资料，，，由于金属熔焊的特殊热循环个性，，，熔敷金属在熔焊过程中会产生晶体结构的变动及合金元素的烧损。。外部环境困素的影响，，，造成焊接区理化机能的降低，，，为减小其影响，，，在非铁金属及其合金在焊接资料选择上通常会选取高一等级的焊接资料，，，尤其是在化学成分的节制上，，，在没有制品焊材的情况下通常会选取更高纯度的母材作为熔敷金属。。随着我国工业技术水平的不休发展，，，专用的焊接资料也不休出现，，，按设计要求选取即可。。

本工程所用钛材为TA2，，，按设计要求及相应的施工规范要求焊材选用ERTi2ELI，，，焊丝直径凭据焊接步骤、母材厚度、坡口大局、焊缝地位以及熔敷效能来决定，，，笔者选用了φ1.6mm，，，φ2.5mm及φ3.2mm这3种规格，，，别离合用于板厚2~3mm，，，3~4mm，，，5~6mm。。

4、焊接工艺评定

钝钛焊接是本公司初次接触的非铁金属焊接，，，固然设备厂家提供了相应焊接工艺并在施工现场进行领导作业，，，在施工前对厂家提供的焊接工艺评定进行了分析，，，以为其有肯定的技术缺点，，，好比：：其焊接工艺汇报中明确焊接电源极性为DCEN（直流反接法），，，笔者以为会对纯钛焊接质量带来影响，，，在焊接过程中会较易造成“钨”传染。。别的，，，从把握技术、造就人材的工作角度思考，，，也以为有必要对其按NB/T 47015-2011要求进行重新的焊接工工艺评定，，，以领导施工过程。。

凭据设计要求，，，焊接工艺评定凭据NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》进行，，，试件须满足尺度规范的要求，，，覆盖工程所涉及的所有母材厚度，，，并尽可能与施工现场环境靠近，，，以保障焊接工艺的合用性。：：附庸ひ掌蓝ㄔ毯款鸭邦迅指春习辶较，，，在焊接工艺评定过程中钛及钛合金材质应在无传染、无尘埃、无烟、无金属粉尘和无铁离子传染的干净专用环境内组装、施焊。。由于所涉及板厚小于6mm的薄板，，，焊接评定过程中通常不必要进行预热及后热处置。。

4.1纯钛管焊接工艺评定

（1）母材坡口结合设计及焊接工艺要求，，，本工程中使用的钛管对接接头的坡口尺寸见表4，，，坡口大局如图1所示。。

（2）焊接工艺参数焊接步骤为钨极氩弧焊（GTAW），，，钨极选用铈钨极，，，直径为2mm；；焊材选用ERTi2ELI型焊丝，，，焊丝直径2mm；；焊接工艺参数见表5。。

焊接试件、检验试样、测定机能等各项试验依照尺度进行。。对评价试板进行100％射线探伤，，，Ⅱ级合格，，，依照有关尺度对试板进行拉伸和弯曲等力学机能试验，，，纯钛管焊接工艺评定了局见表6。。

4.2钛钢复合管焊接工艺评定

本工程直径820mm以上拥有耐蚀要求的管道均为钛钢复合管，，，且均为现场复合工艺制作，，，拥有肯定的执行难度，，，为保障施工质量，，，对其焊接工艺进行评定，，，钛合金管对接接头的坡口大局和尺寸如图2所示。。

焊接步骤：：焊接选取钨极氩弧焊（GTAW），，，钨极选用铈钨极，，，直径为2mm；；焊材选用ERTi2ELI型焊丝（蕴含过渡焊缝），，，焊丝直径2mm；；对于钢制管道的焊接不作注明。。钛钢复合管焊接工艺评定焊接参数选择见表7。。

钛钢复合管进行现场焊接时，，，应严格遵守钛、钢之间不能溶解焊接的准则，，，先焊钛管基层，，，以削减铁元素对纯钛金属的影响，，，由于钛钢复应时所选取的钛板厚度较厚，，，会选取多层焊接的步骤现场复合工作。。为保障作业面的工作机能，，，在复合板焊缝实现后，，，也会附加1块纯钛板条（钛填板），，，来保障工作面的防侵蚀机能。。

在基层焊接时应保障双面成形，，，对于出缺点的处所选取磨削法进行处置，，，保障纯钛板层的有效焊接厚度。。查抄后进行基层和面层的焊接。。钛钢复合板焊接工艺评定试验了局见表8.

5、焊接过程节制

通过焊接工艺评定，，，对现场2种大局的纯钛焊接在焊接步骤、焊接资料、焊接工艺参数进行了明确，，，解决了母材与焊材匹配性、焊接过程参数的合适性问题，，，在现场正式焊接前，，，以焊接工艺评定为凭据，，，结合具体的施焊环境、结构大局、空间地位等成分制订相应的焊接工艺领导书，，，以约束、领导施工人员依照要求施焊，，，可达到设计、尺度、规范的焊接质量要求。。在纯钛管及钛钢复合板焊接过程中除明确的焊接步骤、焊接资料、焊接过程参数外，，，通过工程实际，，，笔者以为焊前处置、定位焊缝、氩气；；ぜ昂阜煳露冉谥频裙ぷ魇腔竦酶咧柿亢阜斓闹匾方。。

5.1焊前处置

由于钛及钛合金拥有很高的化学活性，，，并拥有不变性极高的氧化膜，，，加之复杂的施工现场环境，，，均会对焊接质量造成影响。。在施焊前应对焊缝进行净化处置，，，去除坡口及其两侧理论的氧化层及其他附着物，，，露出金属光泽，，，对坡口两侧各25mm领域内的理论进行算帐，，，尤其是油污、水分、有机物及固体杂质，，，维持焊缝周边的清洁。。

施焊前对焊丝的查抄也是必须的，，，应做到随用随取，，，保障焊丝的干燥、清洁。。施焊前，，，焊工应对施焊环境进行确认，，，尤其是现场固定焊口的焊接，，，保障施焊环境的合适性是实现高质量焊接的前提前提，，，达不到施焊前提的，，，应采取措施改善前提，，，达到施焊要求。。

5.2定位焊缝

定位焊缝是确定构件地位、尺寸的焊缝，，，定位焊缝的长度尺寸与间距，，，凭据焊件的板厚及约束作用的分歧而分歧。。由于定位焊缝与正式焊缝的操作要求是一致的，，，并且一致重要，，，在工程实际中，，，通常定位焊缝的长度不小于40mm，，，间距通常在300~500mm，，，板越薄，，，定位焊缝的间距也就越小，，，以增大约束力，，，保障焊接过程中，，，薄板不产生失稳变形，，，影响焊接质量。。在焊接前应查抄定位焊焊接质量，，，如引弧及弧坑地位出缺点应提前断根，，，定位焊缝高度影响焊接质量的，，，应提前处置，，，达到适合的高度，，，以保障最终焊缝质量。。在处置时应选取磨除法，，，选取碳化硅砂轮进行，，，用不锈钢刷进行算帐，，，保障焊缝周边清洁。。

5.3氩气；；

氩气；；な穷鸭邦押辖鸷附庸讨凶钗匾幕方，，，不只是氩气的纯度、压力要切合要求，，，并且氩气；；さ牡匚灰灿泻艽蟛罹，，，由于钛及钛合金在高温分歧温度区间，，，与H，，，O，，，N会产生分歧的化学作用，，，导致焊缝质量达不到使用要求，，，所以在工程实际中，，，对焊接过程中焊缝正面、背面及实现焊道进行氩气；；。。

为保障氩气的；；ぷ饔，，，在工程实际中，，，笔者提出了凭据钛金属在分歧气体介质中的色彩来确定氩气的充盈度，，，提高了氩气利用率，，，保障了焊缝质量，，，待焊管道充氩图如图3所示。。

尺度焊接试片焊接环境图如图4所示。。在焊接过程中，，，改进、增长了拖罩的；；，，，在施焊过程中往往拖罩不能齐全对已实现焊缝进行肯定温度区间的；；，，，为保障焊接质量，，，在过程中附加拖罩；；，，，以使焊缝在达到200℃以下得到氩气；；，，，减小气体介质对焊缝的影响。。

5.4焊缝温度节制

钛及钛合金焊接过程中气体介质对焊接质量的影响是在肯定的温度区间产生作用的，，，为减小影响，，，在执行过程中对焊缝的各部门现实温度进行节制，，，利用红外温度计在分歧区域丈量，，，以保障各氩气；；で虼锏桨踩露群笸牙氡；；，，，从而得到质量靠得住的焊缝。。

6、结语

纯钛TA2焊接是本公司近年来第1次接触的非铁金属焊接，，，为把握非铁金属焊接工艺，，，从纯钛到钛合金的理论学习、分析、焊接工艺评定、确定焊接工艺领导书动手，，，在施工实际中堆集经验，，，获得了优良的成效，，，也为有关领域的工作做了铺垫，，，确定了工作蹊径。。

参考文件：：

[1]刘会杰.焊接冶金与焊接性[M].北京：：机械工业出版社，，，2007.

[2]刘增文，，，孙俊峰，，，吴新章.火力发电厂凝汽器钛管的焊接工艺及利用[J].河北电力技术，，，2006（4）：：14-15.

[3]国度能源局.NB/T47014—2011承压设备焊接工艺评定[S].

[4]中国机械工程学会焊接学会.焊接办册：：第2卷：：资料的焊接[M].3版.北京：：机械工业出版社，，，2009.

[5]孙培洲.钛合金管道焊接技术重点[J].化学工程与设备，，，2016（8）：：218－220.

[6]孙文君，，，王善林，，，陈玉华，，，等.钛合金先进焊接技术钻研近况[J].航空制作技术，，，2019，，，62（18）：：63－72.

作者简介：：贾海涛（1981—），，，男，，，天津市人，，，硕士，，，高级工程师，，，重要从事工程施工焊接技术钻研与利用。。

有关链接