钛合金管的焊接方法与工艺特点

钛管主要分为无缝钛管和焊接钛管。在无缝钛管的生产方面，近年来，由于轧机本体及自动化水平的提高，使无缝钛管规格进一步扩大，尺寸精度和产品质量会进一步提高，从而生产出更多的特色产品，以满足不同行业的需求。同时，目前钛产业集中度不高，生产企业应以现有设备为基础，逐步进行设备改造升级，积极寻求合作，通过与大型冶金设备厂家合作，利用大型化设备拓展产品规格范围，开发新产品，同时提高产品质量。在钛焊管方面，随着钛带生产线的建立，钛带生产工艺的完善，带材产品质量稳步提高，使得钛焊管本身生产成本降低，价格稳定。随着钛管焊接质量的提高，将进一步扩大钛焊管的市场占有率，并逐渐替代钛无缝管的使用。

1、钛合金常见焊接方法

1.1熔化极氩弧焊

熔化极氩弧焊（MIG焊）采用氩气作为保护气体，使用焊丝作为熔化电极，其特点是熔敷速度较高，焊接变形小，适用于中厚度钛材的焊接，并且采用直流反接的方法。虽然MIG焊有生产效率高、焊接变形小的特点，但在焊接过程中，熔滴以细颗粒的形式过渡，填充金属容易受到杂质污染，飞溅问题相对严重，影响焊缝成形和气体保护效果，焊缝成形不如钨极氩弧焊。

1.2激光焊

激光焊接是利用激光能量密度高，电磁能相干性好、单色性强、方向性好的特点进行焊接的方法。激光焊将强大的光源聚焦在一个很小的区域，使该区域内的金属熔化，实现材料间的连接。为了避免氧、氢、氮等杂质元素的影响，在激光焊接过程中需要使用氩气进行保护。采用激光焊焊接钛得到的热影响区小，焊件变形小，焊接准确；焊接时可通过玻璃窗进行焊接，不需与焊接区直接接触，不受磁场的影响，焊接时不需要焊料，焊接时间短；国内外许多学者对TC4等钛合金的激光焊进行了研究，证明了激光焊是一种焊接钛合金的有效方法。

1.3电阻焊

钛的电阻率大，导热性小，较易进行电阻焊。电阻焊利用电流通过焊接接触面间的电阻产生热量，同时对焊接处加压进行焊接，利用电阻电焊焊接钛板时不需要进行惰性气体保护，这是因为焊前待焊面已经在压力下紧密接触，不易受大气污染。采用闪光焊的方法可以焊接管类钛材。但是，电阻焊的焊接接头抗拉强度和疲劳强度要明显低于钨极氩弧焊、电子束焊等方法得到的焊接接头，此外电阻焊设备成本较高也限制了电阻焊的应用。

2、无缝钛管的生产工艺及产品特点分析

目前市场上生产的钛无缝管普遍采用冷轧真空退火工艺，从钛铸锭经过锻造棒坯，制作成管坯，管坯经过多道次轧制及退火工艺，最终成型为无缝钛管。在管坯的制作上，主要分为两种制作工艺，一种方式是钻孔挤压生产管坯。该方式钛金属消耗大，管坯壁厚均匀，选用合适的玻璃润滑剂成为挤压中的关键，且需要较大吨位的挤压机，设备投入较大；另一种方式是钢管生产中普遍采用的斜轧穿孔。该方式钛金属消耗小，管坯厚度公差稍大，穿孔过程中有时出现穿不透的现象，顶头被卡在坯料中，这是目前生产技术方面值得研究的技术难题。虽然钛合金无缝管的加工技术比较成熟，但是由于现有设备限制，目前钛管材主要还是以低强度、低合金化的纯钛、钛钼镍等中低强度钛管材为主材，加工工艺仍以冷轧为主。而中高强度钛合金管材的生产，诸如Ti-6Al-4V管材，则需要采用温轧技术，即在轧管机上增加感应加热装置，对钛管进行进一步加热，然后进行轧制。

3、焊接钛管的生产工艺及产品特点分析

钛焊管作为一种相对独特的钛管产品，其生产工艺是由冷轧钛卷支撑管形后，采用钨极惰性气体保护焊焊合而成。由于钛材具有优异的耐海水腐蚀性能，钛焊管自产品投入市场后就逐渐替代不锈钢和铜合金管成为冷凝器和热交换器的首选材料，也因此广泛用于滨海电站、海水淡化、海域石油等需要海水作为冷却介质的冷凝器和热交换器。相较于钛无缝管，钛焊管可以用于制造壁厚更薄的管件，壁厚最小值可以达到0.3 ～ 0.5mm，而钛无缝管的最小壁厚为0.9mm左右；同时钛焊管的生产原材料利用率高，生产效率高，经济效益好。同时，由于钛焊管具有长度长，性能稳定的特点，石化等行业对厚壁钛焊管有很大的需求，而国内目前对厚壁钛焊管的开发取得一定突破，但厚壁钛焊管的工业化生产技术还不成熟，这将是钛焊管的下一个发展方向。

钛焊管随着钛带的稳定供货，成本进一步下降，竞争更加激烈。在钛带原料供应局势迅速改变和中国核电建设规划预期的刺激下，自2008年起中国大陆掀起了一股强劲的钛焊管生产线投资热潮。据不完全统计，已有50余条生产线陆续建成，产能超过12000吨。海关数据显示，2010年我国进口钛焊管3032吨，但是随着金融危机的爆发以及福岛电站核事故的发生，焊管市场一下进入了寒冬。

2011年我国进口焊管只有2300吨。目前国内钛焊管质量方面还有待提高，市场前景广阔。可以预见的是，钛焊管成本方面的优势，将促使未来钛焊管部分替代钛无缝管。

4、施工过程中的钛管焊接工艺及检测

在施工过程中实施钛管的焊接工艺，应着重把握两点，及焊工的技术水平和焊缝的无损检测，必须严格按照国家相关规定来执行。在开展钛管焊接环节时，一定要先做好施工准备工作，包括焊接件的清理和母材的选取等，根据施工具体情况来选择合适的焊接技术，准备好所需要的施工材料和设备，以确保施工材料质检合格，保证施工设备正常运行。

在完成焊接工作后，要按照钛管焊接检验规范中的要求来对其进行检测，在钛管焊接之后，还需要对其外观进行检查，观察焊缝外观出现咬边、气孔等现象，要判断是否存在裂缝和夹渣等缺陷，以确保钛管焊接焊缝的质量。其次，钛管焊接的焊缝应当保持1.5毫米之内的平滑度。在检查钛管的着色时，通常检查其外表面和两侧的母材，看是否存在气孔、裂缝等。另外，还应当对焊接后的钛管进行放射线检查，按照相应的射线检查方法来对其进行测验，并根据标准来划分其等级。之后，要做好耐压性和气密性试验，以保障钛管焊接的成功率。总而言之，加强对施工过程中钛管焊接工艺的研究，以及对焊缝的无损检测，将对焊接钛管的质量控制以及钛焊管的推广起到积极的作用。

参考文献：

[1]黄魁元.钛及钛合金在酸性介质中的腐蚀及缓蚀剂[J].石油与天然气化工，1996，（01）：47 ～ 51.

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