【摘要】钛是一种金属元素，能在氮气中燃烧，熔点高。纯钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工业和航海工业。其材料在化工生产、石油化工、轻工、湿法冶炼等民用方面也是一种重要的耐腐蚀材料。在不熔化的条件下，温度逐渐上升之后，钛就会强烈地吸收气体和溶解气体，此时钛的机械性能、塑性和韧性大幅度降低、可能引发焊接头开裂或失效问题。因此，对钛材的焊接接头质量要求很高，每道焊缝必须要100%RT 检测，钛材焊接一次合格率直接决定工程的进度、工程质量。
【关键词】钛管焊接缺陷质量控制；工艺措施
一、钛管道焊缝缺陷及产生机理
当钛金属达到250℃则开始吸氧、达到600℃则持续性吸氧、达到700℃则强烈吸氧，而空气中则含有大量的氮和氧。在进行钛管焊接时，因氩弧焊枪形成的氩气气体保护层只能保护好焊接熔池不受空气的有害作用，对已凝固而处于高温状态附近的焊缝及其附近区域则无保护作用，而处于这种状态的钛管焊缝及其附近的区域仍有很强的吸收空气中的氮及氧的能力。随着氧化程度的逐步加重，导致钛管焊缝颜色发生变化以及其焊缝塑性下降的规律。银白色（无氧化），金黄色（TiO，轻微氧化），蓝色（Ti2O3，氧化稍为严重），灰色（TiO2，氧化严重）。焊接中极易发生裂纹、气孔等缺陷。在钛材中，含有相对较少的杂质，因此发生热裂纹的可能性较低；但是如果焊丝的质量不合格，尤其是存在夹层、裂纹等问题，就可能存在大量的杂质，易产生焊接的热裂纹。如果没有采取良好的焊接保护措施，就可能引发热应力裂纹或冷裂纹问题；在焊接过程中，低温区及熔池母材中的氢会扩散到热影响区，同时形成TiO，当处于不利的应力条件下，就会形成裂纹。在焊接钛材时，气孔缺陷较为常见，主要为焊缝中部气孔及熔合线气孔两种类型；当焊接能量较大的气孔时，大多接近熔合线。在焊接区较易形成焊接气孔，也可能由于对接端面受到水污染、油脂污染而引发气孔缺陷。
二、如何提高钛管道的焊接质量
1、钛管道预制及焊接的环境要求较高，最好在厂房内，水泥地板上铺δ10mm 橡胶皮，预制厂房内保持干净、整洁，物品摆放整齐，施工期间，谢绝无关人员随意出入，预制厂房采用温度计、湿度计对环境温度、湿度进行检测，预制厂房所有门窗必须关严，采用轴流风机输入过滤空气保证工作间处于微正压，若在施工现场无厂房条件，现场用脚手架管（表面刷漆）四周搭设围拢20米×20 米，并封顶。屋脊高12 米，墙面高9 米，四周及顶部用防雨帆布围挡。所有地面必须是混凝土地面，且混凝土表面全部铺设δ10mm 的橡胶皮。
2、管子切割和坡口加工质量要求：管子切割和坡口加工宜用机械方法，切割和加工表面不得使母材产生过热变色，坡口切割时可用洁净水进行冷却，水中氯离子含量不得超过25ppm，管材切割后，采用砂轮机打磨出坡口，棒式砂轮机打磨管端内表面氧化物，再用抛光机进行加工，然后用抛光纸进行精细抛光，钝边0.5-1.5mm。在坡口和两侧约25mm 的位置，将其内外表面清洗干净，具体程序如下：①磨光机打磨；②抛光机抛光；③抛光纸抛光一丙酮（或无水乙醇）清洗两遍。完成清洗之后，不能直接进入焊接作业，应该晾干坡口端面。
3、焊接材料选择要求：施工现场的焊接材料贮存场所及烘干去污设施应符合国家现行标准，并应建立保管、烘干、清洗、发放制度，焊丝在焊接前用砂纸打磨，氩弧焊所采用的氩气纯度不应低于99.999%，含水量不应大于50mg/cm3。
三、钛材焊接的工艺要求
1、在焊接钛管之前，首先采用丙酮进行焊口脱脂；其次在距离焊口约30-60mm 的位置，利用细丝铜刷清除氧化膜，呈现银白色即可。完成清洗之后的一个小时之内进行焊接，以避免管口氧化或者沾染其他污物，影响焊接质量。
2、在进行焊接作业时，要求焊工穿戴干净的工作服及手套，避免焊接时进入灰尘，影响焊接质量。
3、为了保护钛管焊接位置的质量，应采用气体保护罩，如内部充氩保护罩、焊把保护罩等。如果管道为DN100 以下，以选择整体充氩保护方法为宜。
4、焊接采用手工钨极氩弧焊，宜采用铈钨极，不宜采用钍钨极，钨极直径应根据所使用的焊接电流大小进行选择，其端部修磨成圆锥形，制作焊枪拖罩，焊前先通气保护后再起弧焊接，注意焊接过程中不能随意地变动焊枪，确保焊丝始终处于保护范围内，如果发生氧化问题，则及时去除氧化部分，保证焊接的顺利进行。
5、氩气保护。当处于350℃以上的环境中，钛就会强烈吸氢并发生脆化，此时可能产生裂纹或者气孔。在实施焊接作业时，应确保焊接接头和附近区域的温度在200℃之内，保证氩气保护的效果。
6、整个焊接作业的过程应该处于氩气保护作用下，利用焊炬喷嘴对熔池起到保护作用；焊炬拖罩保护热态焊缝及近缝区的外表面，管内充氩保护焊缝及近缝区的内表面，具体措施分析如下：1）在焊接直径相对较大的管子时，可采用操作人员进入管道内部利用保护罩保护焊接熔池的背面并根据焊把的移动而移动达到保护焊缝根部；2）在焊接直径相对较小的管子或者固定口时，需要在管子内部距离坡口约150-300mm 的位置，可采用可溶纸等办法进行密封，将氩气充入其中以排净内部空气。3）在实施焊接之前，应该预充氩气，焊接之后尚须延时充氩，确保充分冷却高温区，避免表面氧化问题。
7、氩弧焊接时其它应注意
焊接熔池及焊接接头的内外表面焊接区域，应采取下列保护措施：1、利用焊炬喷嘴对熔池起到保护作用，选择直径为12-20mm的焊炬喷嘴，将氩气保持在较为稳定的层流状态；2、利用焊炬拖罩，对热态焊缝起到保护作用。结合焊件的形状、尺寸等确定焊炬拖罩的形式即可；3、利用管内充氩气的方法，可以保护焊缝或者近缝区的内表面，在管内提前充满氩气、排净空气，同时保持较为微弱的正压，保持流动状态。在焊接过程中，应该以高频引弧方式为主。确保焊炬提前送气，在进行熄弧时，发挥电流衰减装置及气体延时保护装置的作用，确保弧坑填满，以避免发生氧化问题。在焊接过程中，需要在氩气的保护下完成填充焊丝工作，如果焊丝发生污染或者氧化变色等问题，应该及时清除污染部分。另外，焊接时还应注意电弧的稳定性，防范由于钨极和焊丝、焊件接触而发生夹钨；一旦发生夹钨，则利用磨光机进行清除，需要重新打磨钨极端部，确保符合焊接工艺要求。
四、结束语
对于上述焊接工艺控制，也许还有很多不够完善的地方。但是，只要我们全面、客观地掌握钛材料的基本特性，分析产生焊接缺陷的原因、总结焊接规律，就会在焊接过程中采取相应的防范措施，提高工艺技术水平，保障焊接各个环节的质量水平，以此提高钛管的一次焊接合格率。
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