電鍍槽焊接工藝設計

具有塑性韌性好、耐腐蝕、焊接性好和易于成形等特性，在化學工業領域得到廣泛應用。

1 電鍍槽焊接的質量要求

電鍍槽主要用于盛放電解液，其質量應符合以下要求：

(1)符合GBl50—1998《鋼制壓力容器》制造驗收條件；

(2)對接焊縫無損檢測及合格標準：按JB4730—94，100％焊縫長度x射線探傷，II級合格；

(3)水壓試驗壓力：容器臥置，以lO.5 MPa的壓力進行水壓試驗，無滲漏；

(4)接頭形式及焊縫質量要求：接頭形式主要有對接接頭、角接接頭和T形接頭。焊縫與母材應圓滑過渡、焊縫及熱影響區表面不得有裂紋、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷；

(5)焊后處理：焊后一般需要進行消應力退火熱處理，并清除脆化氧化層。

2鈦的焊接特性與影響焊縫質量的因素

鈦是一種化學活性金屬，常溫下能與氧生成致密的氧化膜而保持高的穩定性和耐腐蝕性。在400℃以上高溫下，鈦與氮、氧、氫反應速度快，在空氣中的氧化過程很容易進行。

(1)氧與氮的影響。氧與氮以間隙形式固溶于β-Ti、β-Ti中，使鈦晶格畸變，變形抗力增加，強度和硬度增加，塑性和韌性降低，使工件的冷彎性能降低，若不能有效保護焊縫及其高溫區域，導致焊縫脆化，在焊接時會產生氣孔和裂紋。保護氣體氬氣中的氧與氮的雜質含量增加，雖然能使焊縫硬度增加，但對焊縫質量的保證是不利的，應設法避免。

(2)氫的影響。鈦中氫的含量增加，使得焊縫金屬的脆化轉變溫度升高，焊縫金屬沖擊韌性急劇降低，影響了焊縫和焊接接頭的力學性能，易產生冷裂紋。

(3)碳的影響。碳以間隙形式固溶于a-Ti中，使強度提高，塑性下降。碳含量超出溶解度時，生成網狀分布的TiC，易引起裂紋。焊接時，工件及焊絲上的油污能使焊縫增碳。

(4)冷卻速度的影響。鈦金屬的熔化溫度較高(1725℃)，導熱系數小，在焊接熱循環作用下，使得高溫口相晶粒長大，致使焊縫塑性下降；當冷卻速度較快時，又易形成不穩定的鈦馬氏體a′相，使焊縫變脆。因此，要嚴格控制冷卻速度，使焊縫的強度和塑性達到使用要求。

(5)熱變形的影響。由于鈦的彈性模量小，約為碳鋼的一半，導熱系數比碳鋼小，線脹系數隨溫度升高而增加，在焊接中焊縫收縮與膨脹變形比鋼大。所以在鈦板焊接中要密切關注熱變形的防止與控制。

3.焊接工藝評定試驗

由于4 mm鈦板焊接屬于新試驗，考慮到產品的焊縫形式，按照JB／T4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》要求，進行對接焊縫接頭和T形角焊縫接頭的工藝評定。

3。1焊接材料選擇

試件材料選用與電鍍槽材質相同的TAl純鈦，規格為300 mm×125 mln×4.O mm，共4塊，其中2塊用于對接接頭，2塊用于T形角接頭。對于4 mln的鈦板焊接，若開坡口，增加焊縫面積，變形增大。制作試件時，采用了不留間隙雙面焊的方法。HG焊的焊絲選用與母材同牌號的TAl4直徑為1.5 mm的鈦絲；保護氣體選用氬氣，成分要求為：Ar≥99。9％、N≤O.01％、O≤O.005％、H2O≤O.07％；焊接時，對于對接接頭，不加填充焊絲，對于T形接頭，則雙面都加填充焊絲。

3.2試件的焊接工藝參數設計

焊接設備選用WS5—400TIG焊機，其焊接工藝參數見表l。

3.3檢驗項目及實測結果

焊接工藝評定主要檢驗項目為，對對接接頭焊縫進行外觀檢查、X射線探傷檢驗、力學性能試驗(拉力試驗、彎曲試驗)，各項檢驗項目的實測結果見表2；對T形接頭焊縫進行外觀檢查、金相宏觀檢查等，各項檢驗項目的實測結果見表3。

按照焊接工藝評定要求，進行上述試件焊接、試樣檢驗、性能測定，試驗結果符合JB／T4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》要求，工藝評定合格。

4焊接工藝

4．1 焊前處理

為保證焊縫質量，必須進行焊前處理，其目的是去除氧化膜和油污等。

(1)焊絲的處理：用砂布去除焊絲表面的氧化膜，并用丙酮清洗后立即焊接。

(2)坡口的處理：用銼刀、砂布去除坡口處的氧化膜，用鋼絲刷刷去接縫區20 mm范圍內的氧化膜，用丙酮進行首次清洗，鈦板對接后，為防止組裝時的油污或其它油漬留在接頭縫隙中，以防增碳導致裂紋，需用丙酮進行再次清洗。

4．2氣體保護

鈦板焊接的關鍵是400℃以上區域的保護，因為鈦在400℃以上即會與空氣中氧、氮等反應，影響焊接質量。影響氣體保護的因素有氣體純度、流量、噴嘴結構與尺寸、噴嘴到工件表面的距離以及附加保護裝置等，著重解決兩個主要問題。

(1)氣體流量和噴嘴尺寸選擇：流量太小或噴嘴太大時，保護氣體不足，保護效果較差；但流量太大或噴嘴太小也不行，它會使噴嘴前的氣體層流破壞，影響焊縫質量。因此，選擇噴嘴尺寸和流量與焊接的板材厚度有關，選擇的原則是，在氣體保護區域面足夠覆蓋住高溫區域的情況下選用小尺寸噴嘴。通過對4 mm鈦板的焊接試驗，選用Φ16 mm的噴嘴，氣體流量為8～10 L／min，正面拖罩的氣體流量為10～12 T／min，反面拖罩的氣體流量為16-18 L／min。

(2)保護拖罩的改進：鈦板焊接時，不僅要對熔化過程進行氣體保護，而且還要對尚處于高溫狀態的焊縫區進行氣體保護。由于鈦在400℃以上高溫下，即會與空氣中的氧、氮等快速反應發生氧化過程，影響焊接質量，故不但要對焊縫正面進行保護，而且也要對焊縫背面進行保護。

在工作中，為節約氬氣，確保保護效果，保證焊縫質量，在拖罩使用中采取了兩項改進措施：一是實行拖罩與焊槍分離，改變拖罩與焊槍一起拖動的一般做法，避免了因操作抖動而影響低保護的可靠性。二是背面拖罩采用磁力吸緊、增加氣密性。

4．3焊接操作工藝

(1)采用直線運絲法焊接，不作擺動，以保證焊縫寬窄高低一致。對于角焊縫，焊絲與水平板的夾角為40°-50°，指向接頭的夾角處，可避免產生咬邊、焊瘤和焊縫下垂等缺陷。

(2)為了減小焊接變形和鎢極燒損，盡可能采用小的熱輸入，嚴格控制焊接工藝參數。除上述工藝評定試驗選定的參數外，鎢極直徑為2．5 mm，頭部磨成錐形，鎢極伸出長度為3～4 mm，噴嘴直徑為16 mm。

(3)長焊縫焊接時，為了減小變形，可采用分段退焊或分段跳焊法焊接，以減小熱量集中輸入，減小焊接變形。

(4)確保氣體保護效果，焊前提前送氣，焊后延時關氣是必不可少的。施焊前，打開送氣閥門，在焊接區正、背面拖罩內充滿保護氣體；焊接完成后，焊炬噴嘴中的氬氣在滅弧后10～15 s后關閉，正、背面拖罩內氬氣在滅弧后40～45 s后才能關閉。

(5)在大面積平板焊接時，可用自動氬弧焊機，以提高工效。

5 結論

通過對4 mm鈦板的焊接工藝評定試驗和純鈦電鍍槽的焊接，得出以下結論：

(1)4 mm厚鈦板的對接接頭可不開坡口進行無間隙雙面不填加焊絲焊接。

(2)通過改進拖罩結構，利用磁力吸緊，使背面拖罩貼緊鈦板，增加氣密性，焊接大件時省氣、省力、提高焊縫質量。

(3)防止焊縫脆化，控制氧、氮、氫的雜質影響，氣體保護是關鍵，焊前處理不可少。

(4)焊接方法和合理選擇焊接工藝參數是控制焊接變形的主要工藝措施。應盡可能選用熱輸入小的工藝方案。