钛管焊接工艺设计（参考）

一、设计技术条件及施工技术标准

1、 管材规格：φ377*7φ273*6φ219*5,φ108*3, φ89*3, φ57*2.5, φ32*2。

2、钛管工作条件；设计温度70～120℃，设计压力0.1～0.5MPa，介质盐水，氯气。

3、管道质量要求：焊缝射线检验50%，水压试验压力0.15MPa～0.75Mpa。

4、 技术标准

4．1钛管施工及验收规范SHJ502-86

二、焊接特点

钛管焊接是利用惰性气体对焊接区进行有效保护的TiG焊接工艺。由于钛材具有特殊的物理化学特性，因而其焊接工艺与其它金属存在较大差异。焊接时必须保证：（1）焊接区金属在250℃以上不受活性气体N，0、H及有害杂质元素C，Fe，Mn等的污染。（2）不能形成粗晶组织。（3）不能产生较大的焊接残余应力和残余变形。所以，焊接过程须按合理的工艺，严格按工序质量管理标准，实行全过程的质量控制。使人、机、料、法各因素均处于良好的受控状态，从而在合理的工期内，保证钛管的焊接质量。

三、材料、设备及工具要求

1、 钛管及配件：应具有制造厂的出厂合格证和质量证明书。

2、 焊接材料

2．1焊丝：采用钛焊丝，规格为φ2.0、φ3.0。焊丝在使用前应按坡口的清理方法进行表面清理及脱脂处理，施焊时焊丝的端部应除去10～20mm长。

2．2焊丝在使用前要进行材质复验，检查出厂合格证和质量证明书；焊丝表面应清洁，无氧化色、无裂纹、起皮、斑疤和夹渣等缺陷。

2．3 氩气：工业一级纯氩，纯度不得低于99．98%，含水量小于50Mg/L氩气在使用前先检查瓶体上的出厂合格证，以验证氢气的纯度指标，然后检查瓶阀有无漏气或失灵现象。

2．4 钨极：选用φ2.0～φ3.0 mm铈钨极。

3、焊接设备

3．1 焊机：采用直流TiG（WS）焊机。焊机应保证优良的工作特性和调节特性，同时配备有完好的电流表和电压表。

3．2焊炬:采用QS一75°/500型水冷式TiG（WS）焊炬。焊炬应具有结构简单，轻巧耐用，枪体严密，绝缘良好，气流稳定，夹钨捧牢固，适合于各种位置焊接的特点。

3．3氩气输送管；采用半硬质塑料管，不宜用橡胶软管和其它吸湿材料。使用时应专用，不得与输送其它气体的管相互串用。氩气管不宜过长，以免压力降过大引起气流不稳,一般不超过30m。

3．4 焊接夹具：用奥氏体不锈钢或铜制管卡兰、锁紧螺栓等组对钛管及配件。应确保对钛管及配件有一定的夹紧力,以保证轴线一致，间隙均匀合适。

3．5 辅助设备及工具：氩气保护罩，磨光机，专用锉刀，不锈钢丝刷等。

四、焊接工艺

1、 管道预制阶段

1．1 管道切割与坡口加工；管材切割与坡口加工应在专门的作业场所内采用机械加工方法进行。加工时要用非污染介质洁净水进行冷却，以防氧化。加工工具应专用，并保持清洁，以防铁质污染。加工好的管口应保证表面平整，无裂纹、重皮等缺陷。切口平面最大倾斜度偏差不超过管径的1%。

1．2表面清理：用奥氏体不锈钢制的钢丝刷清除钛管所有焊接表面及坡口附近100mm内的锈皮、油漆、脏物、灰尘和能与钛材起反应的杂物。用砂轮修整加工面，清除飞边、毛刺、凸凹等缺陷。

1．3组对：将钛管、配件对准、夹好，轴线不得偏移，间隙均匀一致，并应防止钛管在装配中被损伤和污染。避免强制组对。定位焊采用和正式焊接相同的焊接工艺。

1．4脱脂处理：用四氯化碳对焊丝和所有焊接表面、坡口附近50mm内全部做脱脂处理，处理后的表面应无任何残留物。

1．5在钛管正式施焊前，用φ108*3 TA2管进行焊接性试验，在此基础上进行垂直固定及水平固定位置的四项焊接工艺评定。评定合格的工艺参数如下：

A、坡口条件

B、电源种类和特性:直流正接

C、焊接规范

1．6 焊工资格

根据焊接工艺评定所提供的工艺参数，在专家的指导下组织焊工进行学习，并请有经验的焊工师傅作示范，并参加钛管的焊接工作。

1．7焊接环境

钛管施工需在预制厂房内进行，在现场焊接固定口时，应根据需要搭设防雨、防风棚，保证焊接环境符合工艺要求。若出现下列条件之一时，不准进行焊接。

1．8层间清理与保护

对多层焊道，在下一层施焊前，首先检查表面氧化程度，如有异常情况，应立即进行表面处理或返修处理，处理时必须用专用的奥氏体不锈钢制钢丝刷和砂轮。

1．9 焊缝表面酸洗钝化处理

钛材焊接后，经表面色泽检查合格后须对焊缝和热影响区进行酸洗钝化处理。酸洗后必须立即用水彻底冲洗．以除去残留在焊件上的酸液。整个酸洗过程的温度应控制在40℃以下。

1．10焊接检验

所有焊缝均应进行外观检查，X射线照相检查和压力试验等项检验，均应合格。

2、 管道安装阶段

经检验合格的预制管道接单线图及安装质量要求进行管道安装。安装时不能将铁质工具和支架与钛管直接接触，不能用强制方法固定钛管。安装时的现场固定焊口，焊接工艺同预制管道时的工艺．焊工应是全位置焊接培训考试合格的焊工。

五、焊接质量控制

1、组对质量控制：组对时须将方向长度偏差、间距偏差、角度偏差、法兰相邻螺栓距离偏差、法兰面与管中心垂直偏差等，均应控制在规定的范围内。

2、施焊质量控制：焊接重点控制焊工、焊材、焊接工艺和无损检测几个主要环节。主要采取如下措施；

3、加强氩气对焊接区的保护

钛在250℃以上吸氢，400℃以上吸氧，600℃以上吸氮，这些元素的渗入将大大降低钛的力学性能。因此氩气对热态焊缝的保护是焊接接头质量优劣的关键因素。钛材管道的焊接保护都是通过管内通氩，管外用专门的保护罩来进行的。

3.1保护罩的结构由氩气导管、缓冲器、保护罩、密封口等组成。为避免铁离子污染，所有保护用的结构材料采用铜材制作。氩气导管采用φ6mm铜管，进人混合室有一横管上钻有一排φ1～1.5mm小孔，孔方向前上壁，主要使氩气人口减少冲力，分布均匀，再通过二层20～40目的铜丝网进入保护区罩。保护罩的直径宜比钛管直径大40mm左右，长度一般在150～200mm，宽50mm，高40mm，密封口长40～150mm左右，宜与钛管外径保持均匀的1～2mm的间隙。这样一方面避免氩气流失太多，另一方面又可保证保护区内微正压，可防止外部空气混入。喷嘴焊丝插入口在25～40mm左右。如太小则影响视线看不清焊缝，难以保证质量，太大则氩气流失严重，影响效益。

3.2管内充氩保护，均采用分段充氩的方法。在焊口的两侧200～300mm的地方，作好密封装置，封好充氩。密封装置采用胶皮和不锈钢夹板封口。出气口采用φ4mm孔径，进气口采用φ8mm孔径，这样可保证将管内空气驱赶干净，达到氩气保护的目的，另一方面保证管内做正压，防止外部空气进入，有利于焊缝成形。但也不能使正压力过大，压力过大将使溶池金属喷出或产生背面内凹缺陷。进气侧应密封严密，防止进氩气时从缝隙处带人空气而导致氩气保护被破坏。

4、加强焊工培训，提高全位置焊口质量

对于钛管的全位置焊口的焊接，是现场施工的一个重要突破口。由于操作受阻和视线不好，无法准确掌握熔池的形成、结晶情况，容易产生内凹及熔合不良的缺陷，因此焊工必须掌握要领，熟练操作，做到节奏均匀，快速填丝，控制熔池温度，才能保证焊接质量。上岗焊工必须培训考试合格，在此基础上选出素质好、体力充沛的焊工进行全位置管道焊缝的焊接。

5、严格执行焊接工艺，提高焊缝一次合格率

由于钛材焊接的特殊要求和工艺特点，焊口多次受热会较大地降低材料的韧性，因此在焊接过程中要精心组织管理，严格执行工艺制度、最大可能地提高焊工的一次焊接合格率。尤其要消除过度氧化、裂纹、未溶合、未焊透、内凹、缩孔等缺陷。在整个焊接过程中要特别控制好层间温度、焊接线能量、焊材、焊接环境等工艺要素。由专人负责测量和记录工艺数据，专人负责保管和清理焊丝。

6、质量检查

6．1外观检查：所有焊接接头焊缝表面应成型良好，与母材圆滑过渡，无表面气孔、裂纹、凹陷等缺陷。热影响区颜色多为银白色和金黄色，有少数焊口为紫色。

6．2X射线照相检查：按生产工艺需要探伤比例为50%。