康登1，杨德宇2,黄然1，李忠星1，赵亚飞1
（1. 山东能源集团建工集团有限公司，山东 邹城273500；
2. 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083）
［摘 要］为掌握钛管焊接工艺，助力金属钛在化工管道领域的广泛应用，山东能源集团建工集团有限公司三十七处采用GTAW（氩弧焊）“三通”全保护多层多道焊接方法、依据《钛和锆管道施工及验收规范》（SH/T 3502—2021）等开展了工业钛管（TA2）钨极氩弧焊焊接工艺研究，包括钛管及焊丝、焊机、气体保护罩等试验材料及焊接工具选择，坡口选择、焊前清理、钛管装配、钛管保护等焊前准备工作方法，Φ219 mm×8 mm钛管、Φ108 mm×2 mm钛管焊接工艺参数确定，以及焊接试件送检和焊接工艺评定检验项目制定。所焊钛管试样焊接质量检验（外观检查、无损检测、弯曲和拉伸试验）结果显示，GTAW“三通”全保护多层多道焊接获得的钛管焊缝外观良好、无颜色变化,达GB/T 3323.1—2019 Ⅱ级要求,塑韧性良好、抗拉强度符合要求，满足化工行业钛管安装焊接质量要求。
［关键词］工业钛管；钨极氩弧焊；试验材料；焊接工具；焊前准备；焊接工艺；焊接质量检验
［中图分类号］TG444+.74 ［文献标志码］A ［文章编号］1004-9932（2024）03-0048-04
0 引 言
由于金属钛的独特密度、强度和耐腐蚀性（钛的密度约为镍基或钢基合金的60%，而与铁素体或奥氏体不锈钢相比，钛具有更好的拉伸强度，且钛的耐蚀性强于各类不锈钢），其广泛应用于化工、水处理、电力、航空等领域。掌握钛管焊接工艺，对于施工单位承接水处理、化工等工程以及保证工期与焊接质量等有着重要意义［1］。而焊接材料的选择、焊前准备、焊接工艺参数确定、焊接质量检验(包括焊后无损检测以及弯曲和拉伸试验)、确定最佳焊接工艺，可为钛管安装焊接提供一定的技术支撑与指导。
为掌握钛管焊接工艺，助力金属钛在化工管道领域的广泛应用，山东能源集团建工集团有限公司三十七处采用GTAW（氩弧焊）“三通”全保护多层多道焊接方法（本科研基金项目于2022年被山东能源集团兖矿东华建设有限公司列为一般科技项目，企业项目编号为DHKJ2022C14SQ，类别为一般项目）、依据《钛和锆管道施工及验收规范》（SH/T 3502—2021）等开展了工业钛管（TA2）钨极氩弧焊焊接工艺研究，确定了Φ219 mm×8 mm钛管和Φ108 mm×2 mm钛管的焊接工艺参数，钛管试件焊后焊接质量检验结果表明，其焊缝性能优异，获得了理想的焊接接头。以下对有关情况作一介绍。
1 试验材料及焊接工具选择
1.1 钛管及焊丝的选择
焊接工艺研究试验材料为Φ219 mm×8 mm、Φ108 mm×2 mm工业纯钛（TA2）管材，Φ219 mm×8 mm钛管化学成分（质量分数，下同）为Ti 99.795%、Fe 0.065%、C 0.024%、N 0.018%、H 0.002%、O 0.096%，Φ108 mm×2 mm钛管化学成分为Ti 99.835%、Fe 0.065%、C 0.018%、N 0.012%、H 0.001 5%、O 0.068%；选用纯钛焊丝，牌号ERTA2ELI，直径2.5 mm，并经过严格挑选和烘干处理，焊丝化学成分为Ti 99.777%、Fe 0.089%、C 0.012%、N 0.009%、H 0.015%、O 0.098%。
1.2 焊机的选择
焊接TA2管道时，采用GTAW焊接技术，利用钨极与工件之间的电弧热熔融，将母材和填充焊丝紧密结合，并在氩气的保护下进行焊接，以确保管道的焊接质量［2］。
钨极氩弧焊工艺的特点：① 钨电极属于非熔化电极，焊接操作中不会受到阳极管件熔化的影响，从而使得电弧长度可以被有效控制；② 焊接过程中使用惰性气保护焊接部位，能够有效防止空气及蒸汽对焊缝的不良影响，从而得到合格的焊缝；③ 焊枪须具备提前通入氩气和焊后缓慢断气功能；④ 为确保焊缝内无熔化的金属钨杂质，焊接设备须配有手动引弧装置，以确保电弧在焊接过程中保持稳定，且还需安装稳弧装置；⑤ 为有效抑制弧长改变导致的焊接电流波动，焊接用电源须具备良好的陡降与垂降特性，以确保焊接质量；⑥ 与直流反接相比，直流正接可获得更深的焊缝，便于焊接厚壁钛管，而直流反接具有更好的除氧化膜功能，对于薄板焊接有更好的效果。
更多内容详见《中氮肥》2024年第3期