鈦材(鈦合金)具有優(yōu)良的抗腐蝕性，其密度小，強(qiáng)度高，在雜質(zhì)含量較少時(shí)，有較好的加工和焊接性能，可以作為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和襯里材料，在國內(nèi)外化工行業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。我國有著比較豐富的鈦礦資源，開發(fā)前景十分廣闊。隨著冶金技術(shù)不斷發(fā)展，眾多化工企業(yè)采用鈦材制造化工防腐蝕設(shè)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?，F(xiàn)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐探討鈦材的焊接與切割技術(shù)。
1、鈦板的切割
使用鈦材制造設(shè)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(shí)，下料辦法采用氧乙炔火焰切割工藝，在下料切割時(shí)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(diǎn)在1511℃左右，鈦材熔點(diǎn)在1660℃，熔點(diǎn)相差不多，氧.乙炔火焰的溫度可達(dá)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(qū)只有2mm，切割后再用機(jī)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(shí)，操作者應(yīng)站上風(fēng)口位置，以避免二氧化鈦煙霧對人的刺激。根據(jù)國標(biāo)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(yīng)采用機(jī)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(shù)和少添加填充金屬量。隨著焊接層數(shù)的增多，會對焊縫區(qū)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(dá)到單層焊接雙面成型，但間隙應(yīng)適當(dāng)增大一點(diǎn)，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(shí)因?yàn)殁伈膹椥阅Ａ枯^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(qiáng)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(jù)產(chǎn)品實(shí)際情況，選用了自行設(shè)計(jì)的坡口結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
圖1 x型坡口結(jié)構(gòu)示意圖
目前我們針對鈦材的特性，在坡口問題上又進(jìn)一步研究，認(rèn)為在不影響焊接質(zhì)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(jìn)行清理，其表面質(zhì)量對焊接接頭的機(jī)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(dǎo)致焊縫形成氣孔、脆化、裂縫等缺陷，因此強(qiáng)調(diào)，鈦件焊接前應(yīng)對焊絲、焊件進(jìn)行嚴(yán)格清理，一般采用機(jī)械擦洗及化學(xué)清理方法。
3.1擦洗清理工作
構(gòu)建龐大的工件，在對焊接質(zhì)量要求不高的情況下，采用細(xì)砂布或不銹鋼絲刷擦洗，使焊縫區(qū)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(cè)的焊接接頭處去除水分油污、灰塵及氧化物。
3.2化學(xué)清理方法
通常采用二次化學(xué)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(cè)，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(jìn)行焊接。熱軋后的鈦材雖然已經(jīng)進(jìn)行過酸洗處理，但由于存放時(shí)間較長，在其表面會形成新的氧化膜，應(yīng)在焊接前將焊接接頭部分再重新進(jìn)行一次酸洗。酸洗方法是將工件(指焊接區(qū))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(diǎn)固方法
制作冷卻器的管板時(shí)，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(diào)平工序帶來困難。因此在裝配焊時(shí)采用定位點(diǎn)固焊，一般等分均布于250mm內(nèi)，點(diǎn)焊一段長15mm的焊縫，在點(diǎn)焊時(shí)采用的填充焊絲焊接規(guī)范及氣體保護(hù)條件與焊接時(shí)相同，每一點(diǎn)定位焊接結(jié)束前必須延時(shí)關(guān)閉氬氣，以保證焊件焊縫達(dá)到應(yīng)有的技術(shù)要求，表1為制造鈦攪拌耙子及鈦冷卻器時(shí)采用的焊接規(guī)范。制造這些鈦材構(gòu)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(shè)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(shè)備焊縫較多，為防止因氬氣焊接殘余應(yīng)力的作用導(dǎo)致延遲裂縫，焊接后應(yīng)做清除應(yīng)力熱處理，通過熱處理，可以獲得幾個(gè)方面的改善：
(1)消除殘余應(yīng)力和變形，穩(wěn)定焊接件的形狀和尺寸；
(2)軟化熱影響區(qū)，改善鈦材的焊接接頭性能；
(3)提高沖擊韌性；
(4)改善
疲勞強(qiáng)度。熱處理工藝是委托外單位進(jìn)行的，在這方面還有待我們開發(fā)應(yīng)用，使熱處理后的工件達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
以上是鈦材切割與焊接工藝的一些實(shí)踐。由于鈦材屬于稀有金屬，價(jià)格昂貴。因而鈦鋼復(fù)合材料以其價(jià)格低廉性能優(yōu)良被廣泛應(yīng)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(fù)合板焊接接頭的設(shè)計(jì)應(yīng)為各自分別進(jìn)行焊接，即復(fù)層與復(fù)層焊接，基層與基層焊接，且焊接時(shí)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(fù)合板的關(guān)鍵，也是我們今后進(jìn)一步研究開發(fā)的新課題。
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