鈦材(鈦合金)具有優良的抗腐蝕性，其密度小，強度高，在雜質含量較少時，有較好的加工和焊接性能，可以作為優良的結構和襯里材料，在國內外化工行業中應用相當廣泛。我國有著比較豐富的鈦礦資源，開發前景十分廣闊。隨著冶金技術不斷發展，眾多化工企業采用鈦材制造化工防腐蝕設備。天津渤天化工有限公司制造的鈦材金屬陽極槽、列管式冷卻器、澄清桶的攪拌耙子等，均為鈦材制造。現根據生產實踐探討鈦材的焊接與切割技術。

1、鈦板的切割

使用鈦材制造設備，首先遇到的是鈦材的焊接與切割問題，特別是切割厚鈦板更加困難。在制作鈦冷卻器和澄清桶中的攪拌耙子時，下料辦法采用氧乙炔火焰切割工藝，在下料切割時切割速度要比同樣厚度的普通鋼材切割速度快4～5倍，鋼的熔點在1511℃左右，鈦材熔點在1660℃，熔點相差不多，氧.乙炔火焰的溫度可達3151℃左右，因鈦材容易氧化，因此鈦材切割速度要比鋼板的切割速度快4～5倍。從切割后觀察，鈦材的切割熱影響區只有2mm，切割后再用機械加工除去表面的硬化層和氣體污染層。在氧.乙炔火焰切割時，操作者應站上風口位置，以避免二氧化鈦煙霧對人的刺激。根據國標要求，板厚大于10mm的鈦板允許火焰切割法，板厚小于10mm的鈦板應采用機械切割法。

2、坡口型式

坡口型式及尺寸的選擇原則是盡量減少接焊層數和少添加填充金屬量。隨著焊接層數的增多，會對焊縫區造成污染，對于δ=1.0mm~2.50mm的鈦材焊接，一般采用不開坡口，不加填充金屬，達到單層焊接雙面成型，但間隙應適當增大一點，否則難以雙面成型。對于8=12mm以上厚度的鈦材，如果采用v型坡口，坡口角度偏大，則填充金屬會增加，同時因為鈦材彈性模量較小(約為鋼的一半左右)，會造成較大的焊接變形，而矯正比較困難，即使強迫壓平則對焊縫金屬也有損傷的可能，因此控制焊接變形十分重要。

根據產品實際情況，選用了自行設計的坡口結構。對于δ=12mm以上厚度的等厚材料，對接采用X型坡口，板厚δ≥12mm，鈦板間隙b=1.5~2mm，鈍邊h=1~2mm，角度Q<50。，X型坡口結構示意圖如圖1所示。

圖1 x型坡口結構示意圖

目前我們針對鈦材的特性，在坡口問題上又進一步研究，認為在不影響焊接質量、能見度和便于添加填充金屬(焊絲)的情況下采用U型坡口更為有利。

3、焊絲與焊件的清理

由于鈦材金屬的活潑性，必須對鈦材及鈦絲(填充金屬)進行清理，其表面質量對焊接接頭的機械性能有很大影響，若清潔不徹底，則在焊接過程中往往會在鈦材表面生成一層灰白色的吸氧層，導致焊縫形成氣孔、脆化、裂縫等缺陷，因此強調，鈦件焊接前應對焊絲、焊件進行嚴格清理，一般采用機械擦洗及化學清理方法。

3.1擦洗清理工作

構建龐大的工件，在對焊接質量要求不高的情況下，采用細砂布或不銹鋼絲刷擦洗，使焊縫區表面氧化膜基本被刮除，再用丙酮或四氯化碳溶劑擦鈦材料件，坡口兩側的焊接接頭處去除水分油污、灰塵及氧化物。

3.2化學清理方法

通常采用二次化學清理方法。先用四氯化碳、乙醇或甲醇等溶液擦洗鈦材坡口及焊接接頭兩側，清除表面水分、油污、灰塵及氧化物(包括焊絲及工夾具)，焊接前再用丙酮擦洗后，方可進行焊接。熱軋后的鈦材雖然已經進行過酸洗處理，但由于存放時間較長，在其表面會形成新的氧化膜，應在焊接前將焊接接頭部分再重新進行一次酸洗。酸洗方法是將工件(指焊接區)浸入酸洗溶劑中5～11分鐘后，再用清水漂洗，用精棉紗擦干后，焊前再用溶劑(丙酮、四氯化碳)擦洗。

3.3定位點固方法

制作冷卻器的管板時，選用等厚度鈦材板2塊焊接拼制而成，由于鈦材加工余量小，若不注意裝配工藝，管線會造成焊件變形，給調平工序帶來困難。因此在裝配焊時采用定位點固焊，一般等分均布于250mm內，點焊一段長15mm的焊縫，在點焊時采用的填充焊絲焊接規范及氣體保護條件與焊接時相同，每一點定位焊接結束前必須延時關閉氬氣，以保證焊件焊縫達到應有的技術要求，表1為制造鈦攪拌耙子及鈦冷卻器時采用的焊接規范。制造這些鈦材構件等采用多層、小電流、快速焊接的方法能獲得滿意的焊縫。

4、鈦材設備的熱處理

鈦材金屬制造的攪拌耙子，采用氬弧焊的多層焊接法。因該設備焊縫較多，為防止因氬氣焊接殘余應力的作用導致延遲裂縫，焊接后應做清除應力熱處理，通過熱處理，可以獲得幾個方面的改善：

(1)消除殘余應力和變形，穩定焊接件的形狀和尺寸；

(2)軟化熱影響區，改善鈦材的焊接接頭性能；

(3)提高沖擊韌性；

(4)改善

疲勞強度。熱處理工藝是委托外單位進行的，在這方面還有待我們開發應用，使熱處理后的工件達到設計要求。

以上是鈦材切割與焊接工藝的一些實踐。由于鈦材屬于稀有金屬，價格昂貴。因而鈦鋼復合材料以其價格低廉性能優良被廣泛應用。鈦與鋼是不相容的，目前還未找到將它們直接熔焊的合適方法，如需熔焊，其間必須添加與鈦鋼都有良好焊接性的過渡材料(中間填充料)，因此這類復合板焊接接頭的設計應為各自分別進行焊接，即復層與復層焊接，基層與基層焊接，且焊接時一定要避免相互滲透。過渡層焊接材料是一種能將兩種異性材料焊接過渡成一體的材料，是焊好復合板的關鍵，也是我們今后進一步研究開發的新課題。

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