鈦是地殼中儲(chǔ)量十分豐富的元素，屬于第四位，它是一種非磁性的有色金屬，由于鈦具有抗拉強(qiáng)度高（44Mpa-1.47GPa）質(zhì)量輕、良好的塑性焊接性和耐腐蝕性，可以耐大多數(shù)酸、堿、鹽的腐蝕，可代替尿素設(shè)備中的超低碳不銹鋼，其耐尿素腐蝕力比超低碳不銹鋼要強(qiáng) 10 倍，因此，近年來(lái)鈦制設(shè)備被越來(lái)越廣泛應(yīng)用于許多部門(mén)，特別是石油化工等工業(yè)腐蝕較嚴(yán)重的場(chǎng)合。但是，由于鈦的化學(xué)性能極為活潑，易與氧、氮、碳等元素反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化合物，因此，鈦材在冷熱成形，機(jī)械加工及焊接方面都有與鋼不同的特點(diǎn)。

一、冷熱成形

1、筒體冷卷形成

鈦制設(shè)備筒體的冷卷成形在具體操作上有特殊要求，卷板機(jī)的輥?zhàn)颖砻鎽?yīng)當(dāng)非常干凈，最好在鈦極上墊一層不銹鋼薄板，以保護(hù)鈦板表面不被污染及損傷。另外，由于鈦的回彈性較好，在筒體縱縫組對(duì)時(shí)應(yīng)考慮它的回彈量，防止產(chǎn)產(chǎn)生較大的組對(duì)應(yīng)力。

2、機(jī)械加工

一臺(tái)鈦設(shè)備的制造需要大量的機(jī)械加工，如法蘭、管板、折流板的加工、焊接坡口的加工等。鈦的機(jī)械加工應(yīng)采用較大的進(jìn)刀量和較低的切削速度，在切削過(guò)程中不得停止走刀，并要使用足夠的切削潤(rùn)滑液來(lái)冷卻。潤(rùn)滑液應(yīng)避免使用氧化油，以防止工件被氧化。當(dāng)采用砂輪進(jìn)行局部修整時(shí)，只能采用橡膠或尼龍摻和氧化鋁的砂輪，不能使用碳化硅砂輪（防止磨粒脫落而使鈦增碳），也不能用打磨過(guò)碳鋼的砂輪，以防止鐵污染，并要掌握力度，防止鈦材過(guò)熱。

3、封頭熱成形

封頭沖壓盡量采用熱成或冷成形后熱較形。工業(yè)純鈦低溫?zé)岢尚魏蜔嵝Ｐ蔚募訜釡囟葹?177~325℃；鈦合金為 427±15℃。工業(yè)純鈦高溫?zé)岢尚蔚募訜釡囟葹?550~750℃,但最高溫度不得高于β相的轉(zhuǎn)變溫度882℃（β相鈦合金除外）。

由于鈦的化學(xué)性能極為活潑，在高溫狀態(tài)下更易氧化，因此，封頭進(jìn)行熱加工時(shí)必須注意下列事項(xiàng)：

1）加熱前應(yīng)將工件表面的油污和其它附著物全部清除干凈，在工件進(jìn)行高溫（350℃以上）熱加工以后，不再進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，其表面可涂以耐高溫涂料，以防止表面被氧化、污染。

2）加熱一般應(yīng)采用電爐，加熱要均勻。

為防止工件在沖壓過(guò)程中被劃傷或粘模，鈦材表面所涂潤(rùn)滑劑的摩擦系數(shù)應(yīng)是比較高的。

二、鈦及鈦合金的焊接性

由于鈦的化學(xué)性能極為活潑，600℃以上就會(huì)急劇地和氧、氮化合，1000℃以上就會(huì)大量與碳形成脆性化合物，熔融狀態(tài)下幾乎能和任何元素起化合作用，因此，不能采用手工電弧焊、氣焊等方法，必須采用惰性氣體雙面保護(hù)電弧焊或等離子焊接。此外，在焊接方面還具有以下特點(diǎn)：

1、容易沾污，引起脆化

在常溫下，鈦就能與氧生成致密的氧化膜。而在 540℃以上生成的氧化膜則不致密。在焊接過(guò)程中，液態(tài)熔滴和熔池金屬具有強(qiáng)烈吸收氫、氧、氮的作用，而且在固態(tài)下，這些氣體元素的作用就開(kāi)始發(fā)生，大約從 250℃開(kāi)始吸收氫，從 400℃開(kāi)始吸收氧，從 600℃開(kāi)始吸收氮。而且，將隨著溫度升高，吸收能力不斷增強(qiáng)。焊接時(shí)若保護(hù)不好，氣體元素和鈦?zhàn)饔枚紝⑹购缚p金屬和高溫近縫區(qū)的塑性降低，特別是沖擊韌性大大降低，引起焊接接頭和脆化，成為焊接接頭的主要問(wèn)題。

防止上述問(wèn)題的措施是：嚴(yán)格控制縫中氫、氧、氮和碳的含量，熔化焊時(shí)用氬氣雙面保護(hù)焊接熔池，選擇合理的冷卻速度，避免焊接接頭晶粒粗化、力爭(zhēng)獲得塑性和韌性比較好的焊接接頭。

2、氣孔

鈦及鈦合金焊接時(shí)，氣孔是最常見(jiàn)的焊接缺陷，經(jīng)常出現(xiàn)在熔合線附近，氫是形成氣孔的主要?dú)怏w。

由于鈦的吸氫能力很強(qiáng)，所以氫在高溫作用下極易被液態(tài)鈦吸附和溶解。

防止上述問(wèn)題的措施是：（1）嚴(yán)格控制氫的來(lái)源，徹底深除焊件表面，焊絲表面上的氧化皮、油污等有機(jī)物。（2）保護(hù)氬氣要純，純度應(yīng)不低于 99.99%。（3）對(duì)熔池施以良好的氣體保護(hù)，控制好氬氣的流量及流速，防止產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，影響保護(hù)效果。（4）選擇不宜過(guò)大的焊接電流和過(guò)快的焊接速度，采用慢送絲，薄焊層的焊接工藝。

3、焊接接頭裂紋問(wèn)題

鈦及鈦合金焊接時(shí)，熱影響區(qū)在焊后一段時(shí)間內(nèi)，有出現(xiàn)裂紋的可能，其原因是氫由高溫熔池向較低溫度的熱影響區(qū)擴(kuò)散，隨著含氫量的提高，氫原子向該區(qū)的高應(yīng)力部位擴(kuò)散及聚集，以致最后形成裂紋。防止上述問(wèn)題的措施是：主要是減少焊接接頭的氫的來(lái)源。

三、焊接

1、母材及焊材純度要高

由于氧、氮、碳、氫能使鈦焊縫變脆，沖擊韌性降低，因此，要求母材及焊絲中的雜質(zhì)含量必須嚴(yán)格控制在技術(shù)條件范圍內(nèi)，如母材及焊絲的含碳量必須低于 0.15%，含氫量必須低于 0.01%，氬氣純度不應(yīng)低于 99.99%。

2、對(duì)焊接設(shè)備的要求嚴(yán)

焊接設(shè)備宜采用性能穩(wěn)定的直流氬弧焊機(jī)，且必須附有高頻引弧裝置和電流衰減裝置。

3、必須采用特殊的焊接保護(hù)措施

采用噴嘴直徑在Ф12~20mm 范圍內(nèi)的焊炬，噴出的氣體應(yīng)保持穩(wěn)定的層流。同時(shí)要采用一些特殊的保護(hù)措施，使 400℃以上的區(qū)域處于氣體保護(hù)之下。圖 1 為筒體縱焊縫氬氣保護(hù)盒，圖 2 為環(huán)焊縫氬氣保護(hù)盒。

保護(hù)盒使用前應(yīng)在 150~200℃范圍內(nèi)烘干，氬氣輸送系統(tǒng)應(yīng)保持干燥。焊前應(yīng)提前送氣進(jìn)行置換，氬氣輸送管應(yīng)使用致密的塑料管而不得使用橡膠管。

4、嚴(yán)格的焊接坡口及焊絲的清潔工作

焊接坡口必須采用機(jī)械方法加工，并除去所有毛刺和其它異物。

坡口兩側(cè)母材至少 25mm 范圍內(nèi)應(yīng)采用不銹鋼鋼絲刷清除漆皮、污垢、金屬粉塵和其它雜物，除去氧化膜時(shí)宜用砂輪。焊前要用蘸有乙醇或丙酮的海棉或白綢布擦洗坡口及附近表面，徹底脫脂，但不宜用甲醇、三氯乙烯和四氯化碳等溶劑，也不宜使用棉質(zhì)和化纖制品。擦拭應(yīng)進(jìn)行到?jīng)]有污染顏色為止。清洗后的坡口應(yīng)立即焊接，不得跨班和過(guò)液，否則，還應(yīng)重新進(jìn)行清理工作。

5、焊接工藝的嚴(yán)格性

組對(duì)夾具應(yīng)選用良好導(dǎo)熱性能的材料制作。定位焊時(shí)，應(yīng)采用與正式焊接相同的規(guī)范和保護(hù)措施。

焊工焊接時(shí)必須帶手套，手套應(yīng)是清潔無(wú)油、干燥的。正式焊接前先在引弧板上連續(xù)焊五點(diǎn)，各點(diǎn)顏色均勻?yàn)殂y白色為氣體保護(hù)合格；若任一點(diǎn)有變化，則應(yīng)再連續(xù)焊 5 點(diǎn)，直到全部合格為止。

焊速控制在 3~5cm/min 內(nèi)，焊炬應(yīng)與焊縫保持垂直，焊接層間溫度應(yīng)控制在低于 150℃。焊絲熱端必須始終處于氬氣保護(hù)之下，每次施焊前必須切去焊絲端部被氧化部分。如果焊道表面被污染，在進(jìn)行下道焊接之前，應(yīng)進(jìn)行機(jī)械清理和脫脂，污染層務(wù)必清除干凈后才允許下一道的焊接。

四、焊接檢驗(yàn)

就保護(hù)效果而言，可用焊接接頭的顏色來(lái)鑒別。

詳見(jiàn)下表：

焊縫探傷與其它金屬一樣，可采用射線、超聲波等無(wú)損檢驗(yàn)方法。

五、結(jié)論

鈦及鈦合金焊接的氣體保護(hù)問(wèn)題是影響焊接接頭質(zhì)量的首要因素，通過(guò)鈦換熱器制造的實(shí)踐，對(duì)鈦設(shè)備的制造有了認(rèn)識(shí)。雖然它的制造和焊接條件十分苛刻，但只要掌握鈦材特點(diǎn)，制定正確合理的制造，焊接工藝、采取一些必要的措施，是完全可以制造出高質(zhì)量的鈦制設(shè)備的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]《熔焊原理》機(jī)械工業(yè)出版社

[2] 化工部《鈦制設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》

[3]《機(jī)械工程手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社

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