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魯西工業(yè)裝備有限公司 山東聊城 252000

1 序言

國(guó)內(nèi)化工裝置中常見(jiàn)的鈦材設(shè)備殼體厚度一般在10mm左右，采用常規(guī)的焊接參數(shù)即可滿足焊接要求。但是對(duì)于稍厚規(guī)格的鈦材，尤其是厚度在20mm以上的板材焊接，其坡口形式、焊接參數(shù)、氣體保護(hù)等工藝參數(shù)隨著板材厚度的增加，差異較大。厚板鈦合金焊接時(shí)，若采用常規(guī)的坡口形式及焊接參數(shù)，存在著金屬填充量大，焊后變形量及殘余應(yīng)力大，總施焊遍數(shù)多易對(duì)焊縫的力學(xué)性能、工藝性能造成不良影響，以及施焊效率較低等問(wèn)題[1-4]。

傳統(tǒng)的厚板鈦材焊接坡口形式如圖1所示，其中U形、雙U形坡口加工難度大，加工周期長(zhǎng)，且坡口間隙較窄，焊接難度較大；X形坡口則金屬填充量過(guò)大。

鈦在高溫下會(huì)發(fā)生由致密的密排六方晶格α鈦轉(zhuǎn)變?yōu)榫w粗大的體心立方晶格β鈦，導(dǎo)致焊接接頭塑性下降，且鈦材具有熔點(diǎn)高、熱容量大和導(dǎo)熱性差等特點(diǎn)，因此鈦材焊接應(yīng)采取盡量小的焊接熱輸入。傳統(tǒng)的鈦材焊接工藝一般通過(guò)采取減小電弧電壓（一般選取10～12V）、焊接電流（一般選取110～150A）的措施，來(lái)減小焊接熱輸入。雖然控制了焊接熱輸入，但焊接速度（一般40～50mm/min）相應(yīng)較低，焊接效率大幅降低，同時(shí)增加了施焊道數(shù)，即增加了產(chǎn)生缺陷的概率。

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文提出一種TA10厚板鈦材手工氬弧焊焊接工藝，使鈦材手工氬弧焊焊接技術(shù)的適用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，特別適用于20mm以上鈦材的焊接。

2 厚板鈦材手工氬弧焊焊接工藝

針對(duì)傳統(tǒng)厚板鈦材手工氬弧焊焊接工藝的不足進(jìn)行改進(jìn)。主要包括以下內(nèi)容：

（1）焊前清理 清理焊絲、坡口表面及坡口兩側(cè)油污、鐵銹等雜質(zhì)。

（2）坡口的加工 采用雙V形坡口（見(jiàn)圖2），坡口下段角度取55°～70°，坡口上段角度取30°～35°。

（3）確定焊接參數(shù) 焊接電流為160～200A，電弧電壓為12～16V、焊接速度為70～80mm/min，施焊時(shí)按照正、反面各焊接兩遍的焊接順序交替進(jìn)行，焊槍氣體流量為10～15L/min，焊縫的正面、正面后端、背面及熱影響區(qū)部分都要同時(shí)采用氬氣進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)氣體流量20～25L/min，至焊縫及熱影響區(qū)溫度降至≤80℃后停止通氬氣。

圖1 傳統(tǒng)的鈦材焊接坡口形式

圖2 改進(jìn)后的鈦材焊接坡口形式

3 28 mm厚 TA10板焊接實(shí)例

試板TA10坡口形式如圖3所示，采用改進(jìn)后的雙V形坡口，下段坡口角度60°，厚度3～6mm；上段坡口角度30°，厚度7.5～10.5mm，組對(duì)間隙（3±1）mm。

圖3 28mm厚TA10板坡口形式

（1）焊前的準(zhǔn)備 對(duì)焊絲、坡口表面及坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理，可根據(jù)表面污染程度選用合金刀頭、不銹鋼鋼絲刷、乙醇進(jìn)行清洗，施焊過(guò)程中嚴(yán)禁使用不銹鋼絲輪再對(duì)焊縫進(jìn)行清理。

施焊前需用乙醇和絲綢布清洗坡口和焊絲，以后不得再用手直接觸摸，并及時(shí)施焊，長(zhǎng)時(shí)間未焊應(yīng)重新清洗。清洗干凈的焊絲不得隨意拋在地上，以防再次污染，應(yīng)放在潔凈的焊絲筒內(nèi)使用[5]。

（2）焊接過(guò)程控制 主要包括以下幾方面：①焊縫的正面、正面后端、背面及熱影響區(qū)部分都要同時(shí)采用氬氣進(jìn)行保護(hù)。②焊接時(shí)必須采用引弧板和引出板，防止托罩保護(hù)效果不良。③氬氣使用前要在鈦板上進(jìn)行試驗(yàn)焊接，焊縫呈現(xiàn)純白色且無(wú)缺陷，證明氬氣純度符合要求，若焊縫出現(xiàn)其他顏色或出現(xiàn)缺陷，說(shuō)明氬氣純度不符要求，應(yīng)進(jìn)行更換并重新焊接。④采用不易吸濕材料的送氣管。⑤嚴(yán)格控制層間溫度≤80℃，焊接過(guò)程中必須對(duì)層間溫度進(jìn)行測(cè)量、記錄。⑥檢查員必須根據(jù)層間清理要求，對(duì)每一層的焊接質(zhì)量進(jìn)行確認(rèn)。若焊接質(zhì)量不符合要求，質(zhì)檢員必須督促焊工按相應(yīng)的處理方法進(jìn)行處理。⑦焊絲必須放在焊絲筒內(nèi)。⑧施焊時(shí)必須嚴(yán)格按照工藝要求的焊接順序進(jìn)行施焊。

（3）焊接人員要求 施焊人員及防護(hù)人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)必須穿著潔凈白色工作服，佩戴白帆布手套和鞋套。

（4）焊接工藝要求和層間清理 焊接參數(shù)見(jiàn)表1，層間清理要求見(jiàn)表2。

表1 28mm厚TA10手工氬弧焊焊接參數(shù)

表2 層間清理要求

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)改進(jìn)坡口形式和焊接工藝，實(shí)現(xiàn)了TA10厚板鈦材的手工氬弧焊焊接。改進(jìn)后的坡口在保持易加工特性的同時(shí)，使焊縫金屬填充量比傳統(tǒng)X形坡口降低約30%；寬闊的根部焊接空間，不僅降低了焊接操作難度，保證了焊接質(zhì)量，而且提高了一次無(wú)損檢測(cè)合格率。經(jīng)實(shí)例焊接操作，實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)設(shè)備所有焊縫一次無(wú)損檢測(cè)合格率100%。改進(jìn)后的焊接工藝，施焊速度比傳統(tǒng)工藝提高約60%，總體效率提高了約1.2倍，且合理的施焊順序有效地減小了焊接應(yīng)力的產(chǎn)生，保證了焊接質(zhì)量。