气杂质对金属焊接性能的影响,钛具有较高的化学活跃性,与空气中的氧、氮具有极高的亲和力。温度较低时,钛与氧相互作用,形成一层致密的氧化膜,其厚度随温度升高而增加,在600摄氏度以上时,钛开始吸收氧,并将氧溶解于钛中。当温度再次升高时,钛的活性急剧增加,与氧发生剧烈反应,形成氧化钛。钛在300°C以上开始吸氢,在700°C以上开始吸收氮。由于钛被氧和氮污染,钛的强度和硬度增加,而塑性降低。氧气比氮气的影响更大。钛中氢的质量分数为0.01%~0.05%时,钛金管厂家会使焊缝金属的冲击韧性急剧下降,而塑性却下降较少。这意味着氢化物引起的脆性。氢也是焊缝中气孔的来源。在焊接过程中,熔池就像一个小型冶金炉,熔融金属与空气接触。如果钛金管厂家不采取相应的防护措施,熔融的金属和空气被隔绝,氧、氮、氢等气体要素融入钛中,形成脆性氧化物和氮化物,焊接金属的塑性下降,拉伸强度上升,严重的情况下裂,塑性等于0。
钛设备在石油行业的应用:尿素不仅是优质肥料,也是石化工业的原料。自1963生产的衬钛尿素合成塔投产以来,目前已有近万台设备在全世界运行,钛金管厂家实践表明衬钛合成塔无明显腐蚀。而316L不锈钢的折算腐蚀速度为4.1—4.5mm/a。因此,钛比不锈钢具有更好的经济效益。除了衬钛尿素合成塔外,国内从70年代以来,先后使用了C02汽提塔、换热器、混合器和泵阀等。在含硫和盐高的原油炼制中,钛制设备是理想的。国外在常压蒸馏装置、污水处理设备、脱硫分离塔的冷凝器和汽提塔的散热器等许多工序都成功选用钛制设备多年。我国也已在该系统中采用铸钛海水泵、催化裂化分馏中的钛制冷凝器、深冷分离钛冷凝器和多孔钛板等,都已正常操作运行十年以上。氯化碳氢化合物是石化工业中常用的品种之一。由于涉及到氯化反应,不锈钢设备已难胜任。钛在国外已用于制造二氯甲烷蒸馏塔、三氯乙烷换热器、冷凝塔和分馏塔、三氯乙烯冷凝塔、四氯乙烯换热器和多氯盘管加热器。我国在氯乙烯生产中,冷却塔、废水汽提塔和废水贮罐的塔板支承架、接管、法兰密封面,采用了Ti-0.2Pd的衬里,已使用近十年未见腐蚀。而钛管道、接头和气体分布器等都已采用钛材多年。苯酚是石油化工的重要原料,以丙烯和苯为原料,从异丙苯和过氧化异丙酯中提取苯酚和丙酮是一种新的工艺。国外在十几年前就采用钛设备,我国此项工艺尚在开发之中。在旧工艺中,苯磺化碱溶液生产苯酚,钛金管厂家采用钛反应器、钛线圈冷却器和离子化氮化钛搅拌轴套及钛靶。
世界上主要有八个钛生产国,按美国、俄罗斯、日本、中国、英国、法国、德国、意大利排名。近年来,受包括中国、日本在内的亚洲各国经济增长的拉动,特别是以中国为核心的石化、军工等行业用钛量的快速增长,世界钛材的需求量迅速增加。每年以两位数的幅度增长。美国是世界上钛需求量较大的国家。也是生产大国,2012年产量超过3.5万吨;俄罗斯钛材产量居全球第2位,2012年产量在3.0万t左右;中国钛金管厂家2012年生产钛材约2.8万t,且2013年有望突破3.0万t;日本2012年的产量也达到了1.9万t左右;欧洲近两年钛材的产量变化不大。但是,与发达国家在钛材料深加工和应用方面的优势相比,国内钛材料的发展相对广泛,大部分仍停留在原材料或粗品的加工上。钛金管厂家生产的少量技术含量高的成品主要用于军工产品,由于成本等原因无法广泛推广到民用领域。在国外,如英国IMI公司研制的M1834合金、美国Timet公司研制的Ti-1100钛合金等钛合金系列均己成为先进航空发动机上的主要材料。TIMT公司的ExhaustXT合金、KoBESTEEL公司的Ti-1.2ASN合金以及NIPPONSTEEL公司的TI-lCu-0.5Nb合金等,由于室温塑性和高温抗氧化性能较好,已陆续应用于汽车排气系统。
其他杂质对焊缝金属性能的影响,其他杂质是指除气体杂质外可能被纳入池中的杂质。其来源可能是焊接操作环境不洁净,焊工佩戴脏手套接触油后留下的焊件,钛金管厂家焊接前用棉纱擦洗接头可能会留下棉毛、焊接生产环境和钢焊接产生混合的锈、湿等有机物质。这些污染物在电弧高温下分解氧、氢、氮、碳等要素,溶解在溶解的钛中。当这些元素的数量超过钛溶解度时,会形成二氧化钛、氢化钛、氮化钛、碳化钛等化合物。钛金管厂家通过熔池结晶,这些化合物进入钛的晶格内,形成变形的外区,从而改变钛的力学性能。少量的微量元素被纳入钛中,如果不超过允许的范围仍有可能,有时人们希望。但不允许杂质元素含量超标,尤其是有机杂质,有害无益。这是因为这些杂质元素使钛焊缝的力学性能变差,耐蚀性降低,也是冷风气孔的根源。
钛的焊接性分析,钛是一种活性金属,能在室温下形成含氧致密的氧化物薄膜,保持高的稳定性和耐腐蚀性。540℃以上生成的氧化膜则不致密。高温下钛与氧、氮、氢反应速度较快,钛在300℃以上快速吸氢,400℃以上开始吸氧、吸氮,600℃以上快速吸氧,700℃以上快速吸氮。氧气、氮对钛的溶解使钛的塑性和韧性降低,氢对钛的溶解使钛的脆性增强,韧性急剧下降。碳通过间隙固溶于钛,提高钛的强度,降低塑性,碳含量超过溶解度时,会产生硬脆的TiC,呈网状分布,容易产生裂纹。此外,钛的熔点高,比热及导热系数小,冷却速度慢,焊接热影响区在高温下停留时间长,高温极易过热粗化,造成接头塑性下降。钛的可焊性可以从钛的上述特性来分析。为了保证焊接接头的性能,钛金管厂家应控制碳、氮、氧和氢的侵入。因此,如何在高温下保持钛的清洁和保护是关键问题。同时,钛金管厂家应控制焊接接头的温度,避免过热影响焊接接头的性能。氩是惰性气体,既不与钛形成固溶体,也不与其他元素发生反应,因此钛的焊接适用于氩弧焊,但氩气的纯度应很高,一般纯度≥99.99%。
工业纯钛是一种热力学不稳定的金属。如果可以通过溶解产生Ti2+,则钛离子化的标准电极电势为-1.63V,这使钛可溶于水并释放氢。然而,在各种腐蚀性介质中,钛具有很强的耐腐蚀性,钛金管厂家因为钛具有很强的钝化作用。它的钝化度超过了钴,镍和不锈钢的钝化度。在众多活性介质中,尤其是氧化性介质、氯化物介质中,具有优异的耐腐蚀性,但钛在硫酸和盐酸中的稳定性较差。为了解决常规钛及钛合金对硫酸、盐酸等还原性介质的耐蚀性差的问题,在钛合金中加入钼(10%~32%)可以大大提高钛合金对还原性介质的耐蚀性。钼含量越高,耐腐蚀性越好,但冶炼和加工难度越大。合金的强化是其主要性能,对其应用有一定的影响。钛钼合金比纯钛更适合钢烟囱的腐蚀防护。Ti-20MO及以上的Ti-Mo合金可以满足要求,而且由于抗氯化物能力强,特别适合采用海水脱硫的电厂。钼含量越高,耐腐蚀性越好,但冶炼和加工难度越大。主要性能是合金的强化,在一定程度上影响合金的应用。Ti-Mo合金的耐腐蚀性如表2所示。钛钼合金比纯钛更适合钢烟囱的腐蚀防护。Ti-20MO及以上的钛钼合金可以满足要求,并且由于它们具有很强的耐氯化物性能,因此特别适用于使用海水脱硫的发电厂。钼含量越高,耐腐蚀性越好,但冶炼和加工难度越大。钛金管厂家的产品主要性能是合金的强化,在一定程度上影响合金的应用。Ti-Mo合金的耐腐蚀性如表2所示。钛钼合金比纯钛更适合钢烟囱的腐蚀防护。Ti-20MO及以上的钛钼合金可以满足要求,并且由于它们具有很强的耐氯化物性能,因此特别适用于使用海水脱硫的发电厂。Ti-Mo合金的耐腐蚀性如表2所示。钛钼合金比纯钛更适合钢烟囱的腐蚀防护。Ti-20MO及以上的钛钼合金可以满足要求,并且由于它们具有很强的耐氯化物性能,因此特别适用于使用海水脱硫的发电厂。钛钼合金比纯钛更适合钢烟囱的腐蚀防护。Ti-20MO及以上的Ti-Mo合金可以满足要求,而且由于抗氯化物能力强,特别适合采用海水脱硫的电厂。