我公司應用戶需求要制作幾套鈦盤管，由于對鈦材料沒有制造經驗，因此進行了多種焊接工藝調試，并制作不同的氣體保護罩。通過工藝試驗最終確定了最佳的焊接工藝和保護罩，使用該焊接工藝進行生產制造，保證了產品的焊接質量。

1、鈦的焊接性分析

鈦是一種活性金屬，常溫下能與氧生成致密的氧化膜而保持高的穩定性和耐蝕性。540℃以上生成的氧化膜則不致密。高溫下鈦與氧、氮、氫反應速度較快，鈦在300℃以上快速吸氫，400℃ 以上開始吸氧、吸氮，600℃以上快速吸氧，700℃以上快速吸氮。氧和氮溶于鈦中使鈦的塑性和韌性下降，氫的溶入使鈦的脆性增加，韌性急劇下降。碳以間隙固溶于鈦中，使鈦強度提高、塑性下降，碳含量超過溶解度時就會生成硬而脆的TiC，呈網狀分布，易于產生裂紋。

此外，鈦的熔點高，比熱及導熱系數小，冷卻速度慢，焊接熱影響區在高溫下停留時間長，高溫極易過熱粗化，造成接頭塑性下降。

從上述鈦的特性可以分析出鈦的焊接性，要保證其焊接接頭性能，應控制碳、氮、氧及氫等元素的侵入，因此如何使鈦在高溫范圍內保持清潔和處于被保護狀態是關鍵問題，同時控制焊接接頭的溫度，避免過熱而影響焊接接頭的性能。氬是惰性氣體，既不與鈦形成固溶體，也不與其他元素發生反應，因此鈦的焊接適用于氬弧焊，但氬氣的純度應很高，一般純度≥99.99%。

2、焊前準備

（1）焊接場地及環境 

施焊環境應該是潔凈、無煙、無塵，獨立的區域。施焊環境的自然條件為：風速≥1.5m/s，相對濕度＞80%，溫度＜5℃，雨雪無防護時不得施焊。如在鋼鐵作業的車間施焊，鈦材的焊接區應與鋼鐵區隔開，并防止鐵粉及氣體等有害雜質的污染；焊接時應遠離通風口和敞開的門窗，場地應鋪設橡膠軟墊。

（2）保護罩的制作 

為了使鈦在高溫區（200℃以上）完全處于氬氣的保護下，必須制作保護效果好又便于焊接操作的保護罩。由于保護罩結構的好壞直接影響焊接質量和焊接效率，所以經過多次結構設計和焊接試驗，最后確定保護罩采用如圖1所示的結構。另外氬的比重高于空氣，因此保護罩制作時可以考慮在保護罩上方留有操作孔。

（3）坡口加工 

坡口應用機械加工，如使用坡口機、風動內磨機、氧化鋁或碳化硅砂輪磨光片等工具加工坡口。坡口加工時應慢速加工（或用冷卻水冷卻），防止加工時溫度過高。加工后的坡口表面應平整、光滑，不得有裂紋、分層、夾雜、毛刺、飛邊和氧化色等，坡口表面及其兩側30mm范圍內應呈銀白色金屬光澤。

（4）焊前清理 

焊絲、坡口表面及兩側20mm范圍內應進行表面清理。可根據表面污染程度選用脫脂、機械清理或化學清洗，機械清理時允許使用不銹鋼絲刷。施焊前應用丙酮或無水酒精等溶劑清洗坡口和焊絲，清洗以后不得用手直接觸摸，并在4h內及時施焊，過期未焊應重新清洗。清洗干凈的焊絲不得隨意拋在地上，應放在潔凈的焊絲筒內，以防再次污染。

3、焊接

1）焊接工藝評定 

按NB/T47014—2011進行焊接工藝評定， 焊接工藝評定所用鈦管材料為TA2，鈦管規格為φ 45mm×3mm。編制預焊接工藝規程時應以焊接可操作性和得到優異的焊接接頭性能為原則。

為保證鈦盤管施焊的焊接接頭滿足使用要求，焊接工藝評定試驗時按預焊接工藝規程進行。所用氬弧焊焊機型號為WSM315，采用高頻引弧，氬氣采用純氬（99.99%Ar）。焊接坡口如圖2所示，焊接參數如表1所示 。

焊接工藝評定試驗結果如表2所示，由表2可知焊接工藝評定試驗結果合格。焊接工藝評定試件如圖3所示，力學性能測試試件如圖4所示。

2）切片腐蝕試驗 

為驗證焊接接頭是否耐腐蝕，采用氬弧焊焊接一個鈦管試件，蓋面焊時均為通水保護，其中中間一條焊縫在焊接時特意不進行保護，焊縫顏色呈黃色并部分帶藍色，其余焊縫均為銀白色。然后對鈦管試件進行切片取樣，取樣后用30%硫酸（煮沸）侵泡24h進行腐蝕試驗（見圖5）。從圖5可看出，銀白色的焊縫有輕微腐蝕，而金黃帶藍色的部位嚴重腐蝕，

說明焊接時通水保護好的焊縫同樣具有好的耐腐蝕性。

3）鈦盤管的焊接 

焊接工藝評定試驗及腐蝕試驗結果合格后，才可以進行產品的施焊。

依據焊接工藝評定編制焊接工藝規程，依據焊接工藝規程的參數及要求進行盤管的焊接。由于盤管較長，拼焊時較重，手工轉動較難，因而將盤管放在可以轉動的支撐輪上，焊接時可以轉動焊。同時先采用7根直鈦管一組進行組焊后一道焊接，焊接時分兩層，打底焊時管內通純氬氣進行保護（先通氬10~15min，將管內的空氣排凈才可以焊接），焊接處管外用保護罩進行保護，待焊的焊口用膠帶密封住，第一個管口用膠帶密封并插入氬氣管通氬氣，最后一個管口膠帶密封，并打幾個小孔，以便排除空氣和氬氣。

所有焊口焊完打底焊后再進行蓋面焊，蓋面焊時管內通水進行保護，注意水必須灌滿管內，以防管內留有空氣，管外用保護罩通氬氣。焊接時隨時控制鈦管溫度保持在200℃以下才能脫離氬氣的保護，否則必須通氬（包括焊槍應延遲關氣）。當每組鈦管都焊好，進行盤管時，由于盤管結構較復雜，必須留有兩道焊口，在鈦管盤起來后才可以焊接，因而這兩道焊口需進行全位置焊接。全位置焊時同樣用保護罩和背面通水保護，背面通水時應注意將水引到較遠處，以防焊接區的相對濕度變高。嚴格按照此焊接工藝規程進行焊接，所焊盤管的所有焊縫均為銀白色（見圖6）。

4）焊后檢測

焊后檢測產品外觀、焊縫表面及余高均符合要求。進行RT射線檢測，根據NB/T47013.2—2015標準評定級別為II級以上，焊縫內部和外觀均達到要求。最后進行耐壓試驗，沒有發現漏點，完全符合出廠要求。

4、結語

通過產品的制造及驗收，并經客戶一段時間的使用得知，對于鈦盤管的焊接，只要選擇合適的保護方式、正確的焊接工藝和操作方法，同樣可以獲得優質的焊接接頭，從而保證產品的安全性能和使用性能。

參考文獻：

[1] 焊接手冊（第二卷）材料的焊接[M].北京：機械工業出版社，2010.

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