前言

随着中国中冶工业多元化战略生长的需要，，，，，，施展矿产资源、冶金建设、产品生产全工业链的优势作用，，，，，，以中国中冶集团为投资主体，，，，，，在河北省曹妃甸经济开发区投资建设中国中冶新质料生产基地。。。。。。该项目建成后，，，，，，将形成从原推测前驱体、正极质料、电池组装、整车制造一条龙的工业链优势，，，，，，实现全工业链融合。。。。。。在生产链条上最主要的一个环节就是高镍三元前驱体的制备，，，，，，其生产工艺历程是接纳的硫酸制备系统，，，，，，要求生产系统具有较高的耐蚀性，，，，，，在系统装备、管道中大宗接纳钛及钛合金材质制备。。。。。。除成套供应的装备、储罐、管道毗连件外，，，，，，在本项目中共涉及钛材质管道共计18种，，，，，，其中准820mm×5mm，，，，，，φ1320mm×6mm管道为现场钛、钢复合管道，，，，，，其余φ25mm×2mm，，，，，，φ32mm×2.5mm，，，，，，φ89mm×2.5mm，，，，，，φ108mm×3mm，，，，，，φ133mm×3mm，，，，，，φ159mm×3.5mm，，，，，，φ219mm×3.5mm，，，，，，φ273mm×3.5mm为制品钛制管道，，，，，，共计两千余米。。。。。。

钛及钛合金材质的使用对高镍三元质料的生产历程及生产线全周期寿命具有重大影响，，，，，，焊接事情是施工历程中易爆发材质失效的主要环节，，，，，，通过周全、系统地举行焊接性剖析，，，，，，有目的地举行焊接工艺评定，，，，，，选择、确定合理的焊接要领、焊接质料、焊接工艺参数及包管优异的施焊历程是焊接钛及钛合金条件，，，，，，在确保焊接工程质量同时掌握响应非铁金属焊接相关手艺也是本文的重点之一。。。。。。

1、钛及钛合金理化性能

钛及钛合金凭证其合金含量、种类及室温组织的差别，，，，，，可分为工业纯钛、α型钛合金、α＋β型钛合金及β型钛合金，，，，，，其典范钛及钛合金产品牌号见表1，，，，，，典范钛及钛合金产品化学因素见表2，，，，，，典范钛及钛合金板材横向室温力学性能见表3。。。。。。

（1）工业纯钛其具有熔点较高，，，，，，一样平常熔点在1668℃以上，，，，，，屈强比高的特点，，，，，，并且在一样平常情形下具有很高的化学活性，，，，，，纯钛金属外貌在自然条件下会形成一层稳固而致密的氧化膜，，，，，，由于氧化膜的保存，，，，，，使纯钛具有对酸、碱溶液很高的耐蚀性能。。。。。。工业纯钛中均含有一定的微量杂质，，，，，，是工业纯钛强化的主要因素，，，，，，随着杂质的增多，，，，，，工业纯钛的屈服强度、抗拉强度会有所提升，，，，，，但伸长率会下降，，，，，，具有优异的加工性能，，，，，，保存显着的加工硬化征象，，，，，，攻击韧性优良，，，，，，尤其具有优异的低温攻击韧性。。。。。。

（2）α型钛合金其基天性能与工业纯钛相同，，，，，，是钛合金的一种，，，，，，其主要合金元素是铝，，，，，，即铝元素溶入钛中形成的α固溶体，，，，，，提高了钛合金的再结晶温度，，，，，，其耐热性及力学性能也响应有所提高，，，，，，铝元素的加入也提高了氢在钛的消融度，，，，，，降低了氢脆敏感性，，，，，，铝元素的上限溶入质量分数一样平常≤7％，，，，，，过多会泛起Ti3Al相，，，，，，导致脆性。。。。。。α型钛合金具有金属组织稳固、焊接性能好、高温强度高、塑韧性好、抗氧化能力强的特点，，，，，，只能举行冷作强化。。。。。。

（3）β型钛合金在工业上使用的β型钛合金在平衡状态下均为α＋β两相组织，，，，，，在空冷时可以将高温状态下的β相组织坚持到室温，，，，，，获得全β相组织。。。。。。？？？？？梢钥闯靓滦皖押辖鹁哂胁晃裙绦，，，，，，但此类合金具有优异的加工性能，，，，，，经淬火时效处置惩罚后可获得很高的室温强度，，，，，，耐高温性能差，，，，，，也就不具备优异的焊接性能。。。。。。

（4）α＋β型钛合金具有优异的综协力学性能，，，，，，强度高，，，，，，可举行热处置惩罚强化，，，，，，压力加工性能较好，，，，，，中温耐热性能优异，，，，，，但双向组织结构不敷稳固。。。。。。

在α＋β型钛合金中具有α稳固元素，，，，，，也有β稳固元素，，，，，，使两项固溶体同时强化，，，，，，β固溶体的形成主要是改善合金的加工性能及赋于合金具有热处置惩罚强化的能力，，，，，，以是α＋β型钛合金的性能主要是由β固溶体决议的，，，，，，形成β固溶体能力越强，，，，，，固溶强化和稳固能力越大，，，，，，对性能改善也就越显着。。。。。。中冶新质料工程项目是接纳的工业纯钛TA2材质的管线及板材，，，，，，在对所涉及的质料举行焊接工艺确定前，，，，，，对相关质料举行了理化剖析与相识，，，，，，并对相关装备制造单位及设计要求举行了认真的研究，，，，，，对部分钛材焊接工艺评定剖析后，，，，，，团结NB/T47014—2011标准重新对响应规格的TA2举行焊接工艺评定事情，，，，，，通过TA2的焊接工艺评定对相关钛合金材质的焊接性举行同步掌握。。。。。。

2、焊接性剖析

钛及钛合金的主要杂质元素为H，，，，，，N，，，，，，O，，，，，，C，，，，，，Fe和Si等，，，，，，杂质含量决议着钛及钛合金的理化性能，，，，，，以是在焊接历程中应剖析杂质元素对焊缝质量的影响，，，，，，在焊接历程中加以有针对性地控制，，，，，，从而获得等效焊接质量。。。。。。

2.1H，，，，，，N，，，，，，O对焊接质量的影响

钛及钛合金在常温情形下的耐蚀性及稳固性是由于与氧化合形成的一层致密的氧化膜起作用的，，，，，，而钛及钛合金在高温状态下对H，，，，，，N，，，，，，O具有很高的吸收能力，，，，，，其中O，，，，，，N元素与钛及钛合金形成间隙固溶体，，，，，，随着O，，，，，，N含量的增添，，，，，，钛的强度会提高，，，，，，但塑性会急剧下降。。。。。。

H对钛及钛合金的影响主要体现在氢脆上，，，，，，钛与氢团结形成TiH2，，，，，，漫衍于孪晶线与滑移面上，，，，，，对钛及钛合金的力学性能爆发影响，，，，，，严重降低钛金属的韧性。。。。。。

虽然钛及钛合金在常温下具有很好的钝化保唬唬；；；；；げ，，，，，，但在高温情形下及在温升历程中，，，，，，钛对H，，，，，，O，，，，，，N吸收会逐步加大。。。。。。在自然情形中，，，，，，关于氢、氧、氮的吸收初始温度划分是250，，，，，，400，，，，，，650℃[1]。。。。。。通过以上剖析，，，，，，在钛及钛金属的焊接历程中，，，，，，仅对熔池的保唬唬；；；；；な遣豢芍愫附又柿啃枰，，，，，，在焊接历程中除了对熔池保唬唬；；；；；ね，，，，，，还要针对焊缝温度举行控制，，，，，，使保唬唬；；；；；て迥芄慌阃阜煳露冉档偷角寰蚕咭韵，，，，，，从而获得质量可靠的焊缝。。。。。。

2.2Fe，，，，，，C，，，，，，Si元素对焊接的影响

Fe，，，，，，C，，，，，，Si对钛及钛合金的影响主要来自于施焊情形，，，，，，工件外貌处置惩罚、焊材、施工要领要求都会带来一定的影响。。。。。。C作为间隙型元素，，，，，，起到弥散强化作用，，，，，，能提高钛及钛合金的强度，，，，，，同时也会降低其塑性，，，，，，与Ti化合形成的TiC会使焊缝塑性急剧下降，，，，，，在焊接应力作用下导致裂纹爆发。。。。。。Fe，，，，，，Si作为置换性元素可以固溶于钛金属，，，，，，也可以与钛爆发化合，，，，，，形成化合物，，，，，，当Fe，，，，，，Si质量分数小于一个定值时，，，，，，对钛合金的耐蚀性有利，，，，，，强化作用显着，，，，，，过高会起反作用。。。。。。在复合板焊接历程中应注重事人情与过渡层的焊接质料选择，，，，，，阻止铁元素对事人情的影响，，，，，，以包管事人情的耐蚀性能。。。。。。

2.3易爆发的焊接缺陷

钛及钛合金在焊接历程中最容易泛起的焊接缺陷是焊接裂纹及气孔。。。。。。由于钛及钛合金含有少少的C，，，，，，S，，，，，，P等杂质，，，，，，可能形成低熔点共晶体的几率就会很少，，，，，，在焊接历程中泛起热裂纹的征象也就相对降低。。。。。。而H，，，，，，N，，，，，，O在焊接历程中由于保唬唬；；；；；げ坏轿，，，，，，会造成2种冷裂纹倾向，，，，，，一是高N，，，，，，高O情形下的脆化征象，，，，，，在较大焊接应力作用下爆发冷裂纹，，，，，，并增大了缺口敏感性；；；；；；；；二是由于焊接时氢在熔池和母材向热影响区的扩散，，，，，，而形成的集聚，，，，，，析出的历程中形成化合物，，，，，，增大脆性与组织应力，，，，，，从而导致延迟裂纹。。。。。。这2种裂纹的爆发主要是在焊接历程中解决好焊缝的防护问题，，，，，，避免3种气体的侵入，，，，，，在焊接历程中不但要做好焊接熔池的防护，，，，，，更要对焊缝温度举行控制，，，，，，让焊缝在2000℃以下脱离保唬唬；；；；；，，，，，，以镌汰H，，，，，，O，，，，，，N的作用。。。。。。

3、焊接工艺历程确定

凭证设计要求，，，，，，钛管具有一定结构强度及耐蚀性要求，，，，，，在施工中应团结钛及钛合金导热性差、比热容低、焊接热影响区容易过热及化学活性大的特点，，，，，，在焊接要领、焊接质料、焊接历程等环节加以控制。。。。。。

3.1焊接要领简直定

凭证钛及钛合金理化性能、冶金学特点，，，，，，在选择焊接要领时应重点解决钛及钛合金导热性差、比热容低及焊接影响区容易过热的问题，，，，，，并且在焊接历程中要解决钛及钛合金在高温下化学活性高，，，，，，易与H，，，，，，O，，，，，，N爆发化学反应，，，，，，造成焊缝区理化性能下降，，，，，，不可知足工程实验需要的问题，，，，，，并团结施工现场的情形、条件等客观因素，，，，，，焊接要领以钨极氩弧焊（GTAW）最为相宜。。。。。。

3.2焊接质料选择

团结强度、化学因素匹配相当的焊接质料选用原则，，，，，，施焊后的焊缝强度不低于母材的强度要求，，，，，，并知足焊缝化学因素与母材坚持一律水平，，，，，，在介质管线事情中能抵达使用要求，，，，，，凭证设计及相关的焊接规程要求选择焊接质料，，，，，，由于金属熔焊的特殊热循环特征，，，，，，熔敷金属在熔焊历程中会爆发晶体结构的转变及合金元素的烧损。。。。。。外部情形困素的影响，，，，，，造成焊接区理化性能的降低，，，，，，为减小其影响，，，，，，在非铁金属及其合金在焊接质料选择上一样平常会接纳高一品级的焊接质料，，，，，，尤其是在化学因素的控制上，，，，，，在没有制品焊材的情形下一样平常会接纳更高纯度的母材作为熔敷金属。。。。。。随着我国工业手艺水平的一直生长，，，，，，专用的焊接质料也一直泛起，，，，，，按设计要求接纳即可。。。。。。

本工程所用钛材为TA2，，，，，，按设计要求及响应的施工规范要求焊材选用ERTi2ELI，，，，，，焊丝直径凭证焊接要领、母材厚度、坡口形式、焊缝位置以及熔敷效率来决议，，，，，，笔者选用了φ1.6mm，，，，，，φ2.5mm及φ3.2mm这3种规格，，，，，，划分适用于板厚2~3mm，，，，，，3~4mm，，，，，，5~6mm。。。。。。

4、焊接工艺评定

钝钛焊接是本公司首次接触的非铁金属焊接，，，，，，虽然装备厂家提供了响应焊接工艺并在施工现场举行指导作业，，，，，，在施工前对厂家提供的焊接工艺评定举行了剖析，，，，，，以为其有一定的手艺缺陷，，，，，，好比：其焊接工艺报告中明确焊接电源极性为DCEN（直流反接法），，，，，，笔者以为会对纯钛焊接质量带来影响，，，，，，在焊接历程中会较易造成“钨”污染。。。。。。另外，，，，，，从掌握手艺、作育人材的事情角度思量，，，，，，也以为有须要对其按NB/T 47015-2011要求举行重新的焊接工工艺评定，，，，，，以指导施工历程。。。。。。

凭证设计要求，，，，，，焊接工艺评定凭证NB/T 47014—2011《承压装备焊接工艺评定》举行，，，，，，试件须知足标准规范的要求，，，，，，笼罩工程所涉及的所有母材厚度，，，，，，并尽可能与施工现场情形靠近，，，，，，以包管焊接工艺的适用性。。。。。。焊接工艺评定包括纯钛及钛钢复合板两项，，，，，，在焊接工艺评定历程中钛及钛合金材质应在无污染、无灰尘、无烟、无金属粉尘和无铁离子污染的清洁专用情形内组装、施焊。。。。。。由于所涉及板厚小于6mm的薄板，，，，，，焊接评定历程中一样平常不需要举行预热及后热处置惩罚。。。。。。

4.1纯钛管焊接工艺评定

（1）母材坡口团结设计及焊接工艺要求，，，，，，本工程中使用的钛管对接讨论的坡口尺寸见表4，，，，，，坡口形式如图1所示。。。。。。

（2）焊接工艺参数焊接要领为钨极氩弧焊（GTAW），，，，，，钨极选用铈钨极，，，，，，直径为2mm；；；；；；；；焊材选用ERTi2ELI型焊丝，，，，，，焊丝直径2mm；；；；；；；；焊接工艺参数见表5。。。。。。

焊接试件、磨练试样、测定性能等各项试验凭证标准举行。。。。。。对评价试板举行100％射线探伤，，，，，，Ⅱ级及格，，，，，，凭证相关标准对试板举行拉伸和弯曲等力学性能试验，，，，，，纯钛管焊接工艺评定效果见表6。。。。。。

4.2钛钢复合管焊接工艺评定

本工程直径820mm以上具有耐蚀要求的管道均为钛钢复合管，，，，，，且均为现场复合工艺制造，，，，，，具有一定的实验难度，，，，，，为包管施工质量，，，，，，对其焊接工艺举行评定，，，，，，钛合金管对接讨论的坡口形式和尺寸如图2所示。。。。。。

焊接要领：焊接接纳钨极氩弧焊（GTAW），，，，，，钨极选用铈钨极，，，，，，直径为2mm；；；；；；；；焊材选用ERTi2ELI型焊丝（包括过渡焊缝），，，，，，焊丝直径2mm；；；；；；；；关于钢制管道的焊接不作说明。。。。。。钛钢复合管焊接工艺评定焊接参数选择见表7。。。。。。

钛钢复合管举行现场焊接时，，，，，，应严酷遵守钛、钢之间不可熔化焊接的原则，，，，，，先焊钛管下层，，，，，，以镌汰铁元素对纯钛金属的影响，，，，，，由于钛钢复适时所接纳的钛板厚度较厚，，，，，，会接纳多层焊接的要领现场复合事情。。。。。。为包管作业面的事情性能，，，，，，在复合板焊缝完成后，，，，，，也会附加1块纯钛板条（钛填板），，，，，，来包管事人情的防侵蚀性能。。。。。。

在下层焊接时应包管双面成形，，，，，，关于有缺陷的地方接纳磨削法举行处置惩罚，，，，，，包管纯钛板层的有用焊接厚度。。。。。。检查后举行下层和面层的焊接。。。。。。钛钢复合板焊接工艺评定试验效果见表8.

5、焊接历程控制

通过焊接工艺评定，，，，，，对现场2种形式的纯钛焊接在焊接要领、焊接质料、焊接工艺参数举行了明确，，，，，，解决了母材与焊材匹配性、焊接历程参数的相宜性问题，，，，，，在现场正式焊接前，，，，，，以焊接工艺评定为依据，，，，，，团结详细的施焊情形、结构形式、空间位置等因素制订响应的焊接工艺指导书，，，，，，以约束、指导施工职员凭证要求施焊，，，，，，可抵达设计、标准、规范的焊接质量要求。。。。。。在纯钛管及钛钢复合板焊接历程中除明确的焊接要领、焊接质料、焊接历程参数外，，，，，，通过工程实践，，，，，，笔者以为焊前处置惩罚、定位焊缝、氩气保唬唬；；；；；ぜ昂阜煳露瓤刂频仁虑槭腔竦酶咧柿亢阜斓闹饕方凇。。。。。

5.1焊前处置惩罚

由于钛及钛合金具有很高的化学活性，，，，，，并具有稳固性极高的氧化膜，，，，，，加之重大的施工现场情形，，，，，，均会对焊接质量造成影响。。。。。。在施焊前应对焊缝举行净化处置惩罚，，，，，，去除坡口及其两侧外貌的氧化层及其他附着物，，，，，，露出金属光泽，，，，，，对坡口两侧各25mm规模内的外貌举行整理，，，，，，尤其是油污、水分、有机物及固体杂质，，，，，，坚持焊缝周边的清洁。。。。。。

施焊前对焊丝的检查也是必需的，，，，，，应做到随用随取，，，，，，包管焊丝的干燥、清洁。。。。。。施焊前，，，，，，焊工应对施焊情形举行确认，，，，，，尤其是现场牢靠焊口的焊接，，，，，，包管施焊情形的相宜性是完成高质量焊接的条件条件，，，，，，达不到施焊条件的，，，，，，应接纳步伐改善条件，，，，，，抵达施焊要求。。。。。。

5.2定位焊缝

定位焊缝是确定构件位置、尺寸的焊缝，，，，，，定位焊缝的长度尺寸与间距，，，，，，凭证焊件的板厚及约束作用的差别而差别。。。。。。由于定位焊缝与正式焊缝的操作要求是一致的，，，，，，并且一律主要，，，，，，在工程实践中，，，，，，一样平常定位焊缝的长度不小于40mm，，，，，，间距一样平常在300~500mm，，，，，，板越薄，，，，，，定位焊缝的间距也就越小，，，，，，以增约莫束力，，，，，，包管焊接历程中，，，，，，薄板不爆发失稳变形，，，，，，影响焊接质量。。。。。。在焊接前应检查定位焊焊接质量，，，，，，如引弧及弧坑位置有缺陷应提前扫除，，，，，，定位焊缝高度影响焊接质量的，，，，，，应提前处置惩罚，，，，，，抵达适合的高度，，，，，，以包管最终焊缝质量。。。。。。在处置惩罚时应接纳磨除法，，，，，，接纳碳化硅砂轮举行，，，，，，用不锈钢刷举行整理，，，，，，包管焊缝周边清洁。。。。。。

5.3氩气保唬唬；；；；；

氩气保唬唬；；；；；な穷鸭邦押辖鸷附永讨凶钗饕幕方，，，，，，不但是氩气的纯度、压力要切合要求，，，，，，并且氩气保唬唬；；；；；さ奈恢靡灿泻艽蟛畋，，，，，，由于钛及钛合金在高温差别温度区间，，，，，，与H，，，，，，O，，，，，，N会爆发差别的化学作用，，，，，，导致焊缝质量达不到使用要求，，，，，，以是在工程实践中，，，，，，对焊接历程中焊缝正面、背面及完成焊道举行氩气保唬唬；；；；；ぁ。。。。。

为包管氩气的保唬唬；；；；；ぷ饔，，，，，，在工程实践中，，，，，，笔者提出了凭证钛金属在差别气体介质中的颜色来确定氩气的充裕度，，，，，，提高了氩气使用率，，，，，，包管了焊缝质量，，，，，，待焊管道充氩图如图3所示。。。。。。

标准焊接试片焊接情形图如图4所示。。。。。。在焊接历程中，，，，，，刷新、增添了拖罩的保唬唬；；；；；，，，，，，在施焊历程中往往拖罩不可完全对已完成焊缝举行一定温度区间的保唬唬；；；；；，，，，，，为包管焊接质量，，，，，，在历程中附加拖罩保唬唬；；；；；，，，，，，以使焊缝在抵达200℃以下获得氩气保唬唬；；；；；，，，，，，减小气体介质对焊缝的影响。。。。。。

5.4焊缝温度控制

钛及钛合金焊接历程中气体介质对焊接质量的影响是在一定的温度区间爆发作用的，，，，，，为减小影响，，，，，，在实验历程中对焊缝的各部分现实温度举行控制，，，，，，使用红外温度计在差别区域丈量，，，，，，以包管各氩气保唬唬；；；；；で虻执锴寰参露群笸牙氡；；；；；；；；，，，，，，从而获得质量可靠的焊缝。。。。。。

6、结语

纯钛TA2焊接是本公司近年来第1次接触的非铁金属焊接，，，，，，为掌握非铁金属焊接工艺，，，，，，从纯钛到钛合金的理论学习、剖析、焊接工艺评定、确定焊接工艺指导书入手，，，，，，在施工实践中积累履历，，，，，，取得了优异的效果，，，，，，也为相关领域的事情做了铺垫，，，，，，确定了事情路径。。。。。。

参考文献：

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作者简介：贾海涛（1981—），，，，，，男，，，，，，天津市人，，，，，，硕士，，，，，，高级工程师，，，，，，主要从事工程施工焊接手艺研究与应用。。。。。。

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