钛材(钛合金)具有优良的抗腐蚀性，其密度小，强度高，在杂质含量较少时，有较好的加工和焊接性能，可以作为优良的结构和衬里材料，在国内外化工行业中应用相当广泛。我国有着比较丰富的钛矿资源，开发前景十分广阔。随着冶金技术不断发展，众多化工企业采用钛材制造化工防腐蚀设备。天津渤天化工有限公司制造的钛材金属阳极槽、列管式冷却器、澄清桶的搅拌耙子等，均为钛材制造。现根据生产实践探讨钛材的焊接与切割技术。
1、钛板的切割
使用钛材制造设备，首先遇到的是钛材的焊接与切割问题，特别是切割厚钛板更加困难。在制作钛冷却器和澄清桶中的搅拌耙子时，下料办法采用氧乙炔火焰切割工艺，在下料切割时切割速度要比同样厚度的普通钢材切割速度快4～5倍，钢的熔点在1511℃左右，钛材熔点在1660℃，熔点相差不多，氧.乙炔火焰的温度可达3151℃左右，因钛材容易氧化，因此钛材切割速度要比钢板的切割速度快4～5倍。从切割后观察，钛材的切割热影响区只有2mm，切割后再用机械加工除去表面的硬化层和气体污染层。在氧.乙炔火焰切割时，操作者应站上风口位置，以避免二氧化钛烟雾对人的刺激。根据国标要求，板厚大于10mm的钛板允许火焰切割法，板厚小于10mm的钛板应采用机械切割法。
2、坡口型式
坡口型式及尺寸的选择原则是尽量减少接焊层数和少添加填充金属量。随着焊接层数的增多，会对焊缝区造成污染，对于δ=1.0mm~2.50mm的钛材焊接，一般采用不开坡口，不加填充金属，达到单层焊接双面成型，但间隙应适当增大一点，否则难以双面成型。对于8=12mm以上厚度的钛材，如果采用v型坡口，坡口角度偏大，则填充金属会增加，同时因为钛材弹性模量较小(约为钢的一半左右)，会造成较大的焊接变形，而矫正比较困难，即使强迫压平则对焊缝金属也有损伤的可能，因此控制焊接变形十分重要。
根据产品实际情况，选用了自行设计的坡口结构。对于δ=12mm以上厚度的等厚材料，对接采用X型坡口，板厚δ≥12mm，钛板间隙b=1.5~2mm，钝边h=1~2mm，角度Q<50。，X型坡口结构示意图如图1所示。
图1 x型坡口结构示意图
目前我们针对钛材的特性，在坡口问题上又进一步研究，认为在不影响焊接质量、能见度和便于添加填充金属(焊丝)的情况下采用U型坡口更为有利。
3、焊丝与焊件的清理
由于钛材金属的活泼性，必须对钛材及钛丝(填充金属)进行清理，其表面质量对焊接接头的机械性能有很大影响，若清洁不彻底，则在焊接过程中往往会在钛材表面生成一层灰白色的吸氧层，导致焊缝形成气孔、脆化、裂缝等缺陷，因此强调，钛件焊接前应对焊丝、焊件进行严格清理，一般采用机械擦洗及化学清理方法。
3.1擦洗清理工作
构建庞大的工件，在对焊接质量要求不高的情况下，采用细砂布或不锈钢丝刷擦洗，使焊缝区表面氧化膜基本被刮除，再用丙酮或四氯化碳溶剂擦钛材料件，坡口两侧的焊接接头处去除水分油污、灰尘及氧化物。
3.2化学清理方法
通常采用二次化学清理方法。先用四氯化碳、乙醇或甲醇等溶液擦洗钛材坡口及焊接接头两侧，清除表面水分、油污、灰尘及氧化物(包括焊丝及工夹具)，焊接前再用丙酮擦洗后，方可进行焊接。热轧后的钛材虽然已经进行过酸洗处理，但由于存放时间较长，在其表面会形成新的氧化膜，应在焊接前将焊接接头部分再重新进行一次酸洗。酸洗方法是将工件(指焊接区)浸入酸洗溶剂中5～11分钟后，再用清水漂洗，用精棉纱擦干后，焊前再用溶剂(丙酮、四氯化碳)擦洗。
3.3定位点固方法
制作冷却器的管板时，选用等厚度钛材板2块焊接拼制而成，由于钛材加工余量小，若不注意装配工艺，管线会造成焊件变形，给调平工序带来困难。因此在装配焊时采用定位点固焊，一般等分均布于250mm内，点焊一段长15mm的焊缝，在点焊时采用的填充焊丝焊接规范及气体保护条件与焊接时相同，每一点定位焊接结束前必须延时关闭氩气，以保证焊件焊缝达到应有的技术要求，表1为制造钛搅拌耙子及钛冷却器时采用的焊接规范。制造这些钛材构件等采用多层、小电流、快速焊接的方法能获得满意的焊缝。
4、钛材设备的热处理
钛材金属制造的搅拌耙子，采用氩弧焊的多层焊接法。因该设备焊缝较多，为防止因氩气焊接残余应力的作用导致延迟裂缝，焊接后应做清除应力热处理，通过热处理，可以获得几个方面的改善：
(1)消除残余应力和变形，稳定焊接件的形状和尺寸；
(2)软化热影响区，改善钛材的焊接接头性能；
(3)提高冲击韧性；
(4)改善
疲劳强度。热处理工艺是委托外单位进行的，在这方面还有待我们开发应用，使热处理后的工件达到设计要求。
以上是钛材切割与焊接工艺的一些实践。由于钛材属于稀有金属，价格昂贵。因而钛钢复合材料以其价格低廉性能优良被广泛应用。钛与钢是不相容的，目前还未找到将它们直接熔焊的合适方法，如需熔焊，其间必须添加与钛钢都有良好焊接性的过渡材料(中间填充料)，因此这类复合板焊接接头的设计应为各自分别进行焊接，即复层与复层焊接，基层与基层焊接，且焊接时一定要避免相互渗透。过渡层焊接材料是一种能将两种异性材料焊接过渡成一体的材料，是焊好复合板的关键，也是我们今后进一步研究开发的新课题。
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