钛设备的制造特点

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　　[摘要]：本文简要介绍钛及钛合金的材料特点及焊接性，并针对钛及钛合金焊接中易产生氧化、气孔、裂纹等焊接缺陷进行焊接。
　　[关键词]：工业纯钛、焊接性、焊前清理、焊材纯度、保护方法
　　钛是地壳中储量十分丰富的元素，属于第四位，它是一种非磁性的有色金属，由于钛具有抗拉强度高（44Mpa-1.47GPa）质量轻、良好的塑性焊接性和耐腐蚀性，可以耐大多数酸、碱、盐的腐蚀，可代替尿素设备中的超低碳不锈钢，其耐尿素腐蚀力比超低碳不锈钢要强10倍，因此，近年来钛制设备被越来越广泛应用于许多部门，特别是石油化工等工业腐蚀较严重的场合。
　　但是，由于钛的化学性能极为活泼，易与氧、氮、碳等元素反应，形成稳定的化合物，因此，钛材在冷热成形，机械加工及焊接方面都有与钢不同的特点。
　　一、冷热成形
　　1、筒体冷卷形成
　　钛制设备筒体的冷卷成形在具体操作上有特殊要求，卷板机的辊子表面应当非常干净，最好在钛极上垫一层不锈钢薄板，以保护钛板表面不被污染及损伤。另外，由于钛的回弹性较好，在筒体纵缝组对时应考虑它的回弹量，防止产产生较大的组对应力。
　　2、机械加工
　　一台钛设备的制造需要大量的机械加工，如法兰、管板、折流板的加工、焊接坡口的加工等。钛的机械加工应采用较大的进刀量和较低的切削速度，在切削过程中不得停止走刀，并要使用足够的切削润滑液来冷却。当采用砂轮进行局部修整时，只能采用橡胶或尼龙掺和氧化铝的砂轮，不能使用碳化硅砂轮（防止磨粒脱落而使钛增碳），也不能用打磨过碳钢的砂轮，以防止铁污染，并要掌握力度，防止钛材过热。
　　3、封头热成形
　　封头冲压尽量采用热成或冷成形后热较形。工业纯钛低温热成形和热校形的加热温度为177~325℃；钛合金为427±15℃。工业纯钛高温热成形的加热温度为550~750℃,但最高温度不得高于β相的转变温度882℃（β相钛合金除外）。
　　由于钛的化学性能极为活泼，在高温状态下更易氧化，因此，封头进行热加工时必须注意下列事项：
　　1）加热前应将工件表面的油污和其它附着物全部清除干净，在工件进行高温（350℃以上）热加工以后，不再进行机械加工时，其表面可涂以耐高温涂料，以防止表面被氧化、污染。
　　2）加热一般应采用电炉，加热要均匀。
　　为防止工件在冲压过程中被划伤或粘模，钛材表面所涂润滑剂的摩擦系数应是比较高的。
　　二、钛及钛合金的焊接性
　　由于钛的化学性能极为活泼，600℃以上就会急剧地和氧、氮化合，1000℃以上就会大量与碳形成脆性化合物，熔融状态下几乎能和任何元素起化合作用，因此，不能采用手工电弧焊、气焊等方法，必须采用惰性气体双面保护电弧焊或等离子焊接。此外，在焊接方面还具有以下特点：
　　1、容易沾污，引起脆化
　　在常温下，钛就能与氧生成致密的氧化膜。而在540℃以上生成的氧化膜则不致密。在焊接过程中，液态熔滴和熔池金属具有强烈吸收氢、氧、氮的作用，而且在固态下，这些气体元素的作用就开始发生，大约从250℃开始吸收氢，从400℃开始吸收氧，从600℃开始吸收氮。而且，将随着温度升高，吸收能力不断增强。焊接时若保护不好，气体元素和钛作用都将使焊缝金属和高温近缝区的塑性降低，特别是冲击韧性大大降低，引起焊接接头和脆化，成为焊接接头的主要问题。
　　防止上述问题的措施是：严格控制缝中氢、氧、氮和碳的含量，熔化焊时用氩气双面保护焊接熔池，选择合理的冷却速度，避免焊接接头晶粒粗化、力争获得塑性和韧性比较好的焊接接头。
　　2、气孔
　　钛及钛合金焊接时，气孔是最常见的焊接缺陷，经常出现在熔合线附近，氢是形成气孔的主要气体。由于钛的吸氢能力很强，所以氢在高温作用下极易被液态钛吸附和溶解。
　　防止上述问题的措施是：（1）严格控制氢的来源，彻底深除焊件表面，焊丝表面上的氧化皮、油污等有机物。（2）保护氩气要纯，纯度应不低于99.99%。（3）对熔池施以良好的气体保护，控制好氩气的流量及流速，防止产生紊流现象，影响保护效果。（4）选择不宜过大的焊接电流和过快的焊接速度，采用慢送丝，薄焊层的焊接工艺。
　　3、焊接接头裂纹问题
　　钛及钛合金焊接时，热影响区在焊后一段时间内，有出现裂纹的可能，其原因是氢由高温熔池向较低温度的热影响区扩散，随着含氢量的提高，氢原子向该区的高应力部位扩散及聚集，以致最后形成裂纹。
　　防止上述问题的措施是：主要是减少焊接接头的氢的来源。
　　三、焊接
　　1、母材及焊材纯度要高
　　由于氧、氮、碳、氢能使钛焊缝变脆，冲击韧性降低，因此，要求母材及焊丝中的杂质含量必须严格控制在技术条件范围内，如母材及焊丝的含碳量必须低于0.15%，含氢量必须低于0.01%，氩气纯度不应低于99.99%。
　　2、对焊接设备的要求严
　　焊接设备宜采用性能稳定的直流氩弧焊机，且必须附有高频引弧装置和电流衰减装置。
　　3、必须采用特殊的焊接保护措施
　　采用喷嘴直径在Ф12~20mm范围内的焊炬，喷出的气体应保持稳定的层流。同时要采用一些特殊的保护措施，使400℃以上的区域处于气体保护之下。图1为筒体纵焊缝氩气保护盒，
　　
　　图2为环焊缝氩气保护盒。