工业纯钛由于其塑韧性好、耐腐蚀、焊接性好和易于成型等特点，在化学T业领域得到广泛应用。在承接电镀槽的试制生产时，我们采用4µm厚的工业纯钛板材进行焊接成型。为此，设计了电镀槽的焊接工艺。 1 电镀槽焊接的质量要求 (1)应符合GBl50一1998《钢制压力容器》制造验收条件： (2)对接焊缝按JB4730-94，100％焊缝长度X射线探伤，II级合格； (3)水压试验：容器卧置，10.5 MPa无渗漏； (4)焊缝与母材应圆滑过渡，焊缝及热影响区表面不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣等缺陷； (5)焊后处理：焊后一般需要进行消除应力热处理，并清除脆化氧化层。 2影响电镀槽焊接质量的因素 (1)氧与氮的影响 氧与氮以间隙形式固溶于a钛、B钛中，使其晶格畸变，变形抗力增加，塑性和韧性降低.若不能有效保护焊缝及其高温区域，导致焊缝脆化，在焊接时会产生气孔和裂纹。 (2)氢的影响钛中氢的含量增加，使得焊缝金属的脆化转变温度升高，冲击韧度急剧降低，影响焊缝和焊接接头的力学性能，易产生冷裂纹。 (3)碳的影响 碳以间隙形式固溶于a钛中，使强度提高，塑性下降；碳含量超出溶解度时，生成网状分布的TiC，易引起裂纹。焊接时，工件及焊丝上的油污能使焊缝增碳。 (4)冷却速度的影响钛金属的熔化温度较高(1725℃)，导热系数小，在焊接热循环作用下，使得高温B相晶粒长大，致使焊缝塑性下降；当冷却速度较快时，又易形成不稳定的钛马氏体a相，使焊缝变脆。因此，要严格控制冷却速度，使焊缝的强度和塑性方能达到使用要求。 (5)热变形的影响 由于钛的弹性模量、导热系数比碳钢的小，线胀系数随温度升高而增加，在焊接中焊缝收缩与膨胀变形比钢大。所以在钛板焊接中要密切关注热变形的防止与控制。 只要加强保护和清理.选取线能量偏小的焊接规范，并注意控制变形，适当控制冷却速度，钛板的焊接性能还是良好的。 3焊接工艺评定试验 考虑到产品的焊缝形式.按照JB／T4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》要求，进行对接焊缝和T形角焊缝的工艺评定。 3.1试件及焊接工艺 试件材料选用与电镀槽材质相同的TAl纯钛，尺寸为300 mm×l25 mm×4mm 4块，其中2块为对接接头，2块为T形角焊缝接头。对于4mm的钛板焊接.若开坡口，增加焊缝面积，变形增大。 故采用了不留间隙双面焊的方法。TiG焊的焊丝选用与母材同牌号的TAl，直径为1.5mm保护气体选用氩气(要求氩>99.9％、氮≤0.01％、氧≤0.005％、水≤0.07％)。焊接时，对接接头不加填充焊丝，T字形接头则双面都加填充焊丝。 采用WS5-400TIG焊机，焊接工艺参数为：电流105～110 A，电压10～12 V，焊接速度24cm／min，保护气体流量：正面10～12L/min，反面16～18 L／min。 3.2焊接工艺评定检验项目及实测结果 焊接工艺评定主要检验项目为：对接接头焊缝进行外观检查、X射线探伤检验、力学性能试验(拉伸试验、弯曲试验)；T形接头焊缝进行外观检查、金相宏观检查等。各项检验项目的实测结果 如表1、表2所示。
按照焊接工艺评定要求进行上述试件焊接、检验试样、测定性能，试验结果表明符合 JB／T4708—2000《钢制压力容器焊接工艺评定》要求，工艺评定合格。 4电镀槽焊接工艺 4.1焊前处理 为保证焊缝质量，必须进行焊前处理，焊前处理主要去除氧化膜和油污等。 (1)对焊丝处理：用砂布去除焊丝外表的氧化膜，并用丙酮清洗后立即焊接。 (2)对接头处理：用锉刀、砂布去除接头处的氧化膜，用钢丝刷刷去焊缝区20mm范围内的氧化膜，用丙酮进行第一次清洗；钛板对接后，为防止组装时的油污或其它油渍留在接头缝隙中，以防增碳产生裂纹，需用丙酮进行再次清洗。 4.2焊接变形及其控制 电镀槽钛板焊接易变形，难校正，应针对变形原因，采取相应的变形控制工艺措施。 (1)由“弹复现象”产生的焊接变形。为了保证焊接后的钛板平整，在焊接时采用刚性固定法。把对接的钛板放到预先准备的焊接平台上.用重轨压紧后点焊紧固，然后再焊接，焊接过程中不会产生明显的焊接变形。变形规律都是由弹性变形过渡到塑性变形，在塑性变形时往往还有弹性变形存在。在刚性固定状态下施焊时，部分弹性变形储存于结构中。当焊接后卸下工件或冷却恢复到均匀状态时，存在于结构中的弹性变形就释放出来.这种现象称为“弹复现象”。“弹复现象”使焊接结构的形状、尺寸发生变化，引起了焊接变形。对于精度要求高的焊接件.还需通过人为机械力矫正，以减少变形的影响。 (2)焊接顺序或焊接参数偏大引起的焊接变形。在较长缝焊接过程中，采用从一端连续焊接到另一端的直通焊施焊法，焊接变形就大，若采用分散、分段或跳焊，其产生的焊接变形小。对于不同的焊缝要采取不同的施焊顺序。另一方面，在生产过程中.追求高生产率，操作者往往采用较大的焊接参数施焊，焊接热输入大，也会引起较大的焊接变形。在生产实践中，应采用小的线能焊接参数，以减少焊接变形。 (3)装配间隙引起的变形。由于焊接零件问存在装配间隙，间隙越大，致使焊接金属量增加，引起较大的焊接变形。因此，能减小装配间隙，尽可能减小间隙，最好能实现无间隙焊接。 4.3气体保护 钛板焊接的关键是400℃以上区域的保护，因为钛在400℃以上即会与空气中氧、氮等反应. 影响焊接质量。影响气体保护的因素有气体纯度、流量、喷嘴结构与尺寸、喷嘴到工件表面的距离以及附加保护装置等。应着重解决以下两个问题： (1)气体流量和喷嘴尺寸选择。流量太小或喷嘴太大时，保护气体不足.保护效果差；但流量太大或喷嘴太小也不行.它会使喷嘴前的气体层流破坏，影响焊缝质量。选择喷嘴尺寸和流量与焊接板材厚度有关：选择的原则是在气体保护区域面能足够覆盖住高温区域的情况下选用小尺寸喷嘴。通过对4mm钛板的焊接试验，选用击16mm喷嘴，气体流量8～lO L／min；正面拖罩的流量为10～12 L／min，反面拖罩的流量为16～18 L/min。 (2)保护拖罩的改进。钛板焊接时，不仅要对熔化过程进行保护.而且还要对尚处于高温状态的焊缝区进行保护。由于钛在4000C以上即会与空气中氧、氮等反应，影响焊接质量，故不但要对焊缝正面进行保护.而且也要对焊缝背面进行保护。针对三种不同的接头(对接、角接和T形接)，专门设计了6种保护拖罩，具体结构尺寸略。 在工作中，为了节约氩气.确保气体保护效果，保证焊缝质量，在拖罩使用中采取了两项改进措施：①实行拖罩与焊枪分离.改变拖罩与焊枪一起拖动的一般做法.以避免因操作抖动而减低保护的现象产生；②背面拖罩采用磁力吸紧、增加气密性。 4.4焊接操作工艺 (1)焊缝焊接采用直线移动法焊接，不作摆动，以保证焊缝宽窄高低一致。对于角焊缝，焊丝与水平板的夹角为40°～50°，指向接头的夹角处，可避免产生咬边、焊瘤和焊缝下垂等缺陷。 (2)为了减小焊接变形和钨极烧损，尽可能采用小线能输入，严格控制焊接工艺参数。除上述工艺评定试验选定的参数外，钨极直径为2.5 mm头部磨成锥形，钨极伸出长度3～4 mm，喷嘴直径为16 mm。 (3)长焊缝的焊接，可采用分段退焊或分段跳焊法焊接，以减小热量集中输入，减小变形。 (4)为确保气体保护效果，焊前提前送气，焊后延时关气是必不可少的。焊接开始前.打开送气阀门，在焊接区正、背面拖罩内填充保护气体：焊接完后，焊炬喷嘴中的氩气在灭弧后10～15 s后关闭，正、背面拖罩内氩气在灭弧后40～45 s后才能关闭。 (5)在大面积平板焊接时.可用自动氩弧焊机.以提高工效。 5 结论 (1)4 mm钛板的焊接可不开坡口进行无间隙双面不加焊丝焊接。 (2)通过改进拖罩结构，利用磁力吸紧使背面拖罩贴紧钛板，增加气密性，焊接大件时省气、省力、提高焊缝质量。 (3)防止焊缝脆化，控制氧、氮、氢的杂质影响，气体保护是关键，焊前处理不可少。 (4)合理选择焊接工艺参数和焊接方法是控制焊接变形的主要工艺措施。工艺参数尽可能选用线能小、热量集中输入少的方案。 |
