钛管焊接施工中，如何控制高温氧化与焊接变形？

2025-04-26 10:19:50

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钛管焊接高温氧化与变形控制技术 —— 从工艺参数到工装设计的全流程方案

一、高温氧化控制：氩气保护的 “三重屏障” 工艺

钛在焊接时易与空气中的 O₂、N₂、H₂发生反应（＞400℃时开始吸氢，＞600℃吸氧 / 氮），导致焊缝脆化（硬度可达 300HV 以上，远超母材的 150HV）。需通过全方位氩气保护形成隔离层，核心措施如下：

1. 焊枪气罩优化

氩气纯度：≥99.99%（杂质 O₂≤10ppm、H₂≤5ppm），使用前需通过露点仪检测（露点≤-40℃）。

气罩结构：

采用大口径陶瓷喷嘴（直径 12-16mm），氩气流量 12-15L/min，形成直径 8-10cm 的保护气帘；

喷嘴与焊丝夹角保持 90°，喷嘴距离熔池 3-5mm，确保电弧区完全笼罩。

示例：焊接 δ=5mm 的 TA2 钛管时，气罩内氩气流速需达到 0.5m/s 以上，可通过风速仪实测调整。

2. 背面充氩与拖罩保护

背面充氩：

焊前对管道内部充氩 3-5min，使 O₂浓度＜50ppm（通过氧含量检测仪确认）；

采用水溶性纸 + 硅胶板封堵（如图 1），形成局部气室，氩气流量 5-8L/min，出口处放置海绵吸收尾气，防止紊流。

拖罩保护：

对于外露焊缝（如管板焊接），使用带铜网的拖罩（宽度 40-60mm），氩气流量 8-10L/min，跟随焊枪移动，确保焊缝冷却至＜200℃前始终处于氩气保护中（冷却速率约 5-10℃/s）。

3. 焊丝与坡口清洁

焊丝需使用不锈钢丝刷去除表面氧化膜，并用无水乙醇擦拭，禁止使用碳钢工具；

坡口两侧 20mm 范围内需用角磨机打磨至金属光泽，再用丙酮脱脂，避免油脂、铁锈污染焊缝（油脂中的 H 元素会导致氢脆）。