1、TA2鈦管的選擇 

本研究中使用的 TA2鈦管成分、化學(xué)性能和力學(xué)性能及性能見表1。鈦管嚴格按照 ASTM B861 標準進行制造、檢驗及驗收。鈦管內(nèi)徑 50.8 mm，壁厚 4 mm。 

表1   本研究中使用的 TA2鈦管的化學(xué)成分和力學(xué)性能 

化學(xué)成分及含量％				力學(xué)性能
Ti	Fe	C	N	H	O	抗拉強度/MPa	伸長率/％
剩余含量	0.05	0.02	0.01	0.001	0.11	460	31.25

2、焊絲的選擇 

在焊接鈦及鈦合金時，填充焊絲的成分一般應(yīng)與母材金屬成分相近，同時要求焊絲中有害雜質(zhì)越少越好，所以選用純鈦的 Gr.1 焊絲（牌號：OK Tigrod 19.72 直徑 2.0 mm；本研究中購買的焊絲綜合考慮了 ASME II C SFA 5.16 和 NORSOK標準）。鈦焊絲的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表2。 

表2   本研究中使用的鈦焊絲的化學(xué)成分和力學(xué)性能（SFA/AWS A5.16 標準） 

化學(xué)成分及含量％				力學(xué)性能
Ti	Fe	C	N	H	O	抗拉強度/MPa	伸長率/％
剩余含量	0.05	0.02	0.01	0.003	0.08	390	22

3、焊機的選擇 

根據(jù)前面分析，TIG 焊后材料抗拉強度和伸長率很好，焊縫與母材熔接穩(wěn)定，焊接接頭有較好的性能，焊接質(zhì)量也能夠符合大多數(shù)情況的要求，同時考慮到鈦管焊接現(xiàn)場的條件，TIG 焊是現(xiàn)場焊接 TA2 管的最好選擇。 

TIG 焊在惰性氣體保護下進行，是利用鎢極與工件之間的電弧熱熔化母材和填充焊絲的焊接方法。鎢極氬弧焊有如下的工藝特點: 

（1）因為鎢電極是非熔化電極，所以在焊接時不存在電極熔化對弧長的影響問題，電弧長度容易控制。 

（2）焊接時，采用惰性氣體保護焊接區(qū)域，不需要加任何焊劑就可以獲得純凈的焊縫金屬。 

（3）焊槍需要具有提前送氣和焊后滯后斷氣的功能。 

（4）為了避免損壞鎢極和防止焊縫夾鎢，通常情況下不采用接觸式引弧，而使用非接觸引弧。為此，焊接設(shè)備需要有引弧裝置。為了使焊接過程中保持電弧穩(wěn)定，還需要配備穩(wěn)弧裝置。 

（5）為了減小或排除因弧長變化引起的焊接電流波動，焊接電源需要具有陡降或垂直下降的外特性。 

（6）直流正接較直流反接能得的焊縫熔深大。 

綜合考慮上述特點，采用鎢極氬弧焊（TIG 焊）時，焊接設(shè)備應(yīng)使用使用性能穩(wěn)定的直流氬弧焊機，應(yīng)采用正接法來增大熔深，焊接設(shè)備需要具有逆變電源且應(yīng)附有高頻引弧和電源衰減裝置及滿足工藝條件。本文以采用 YC-300WP 氬弧焊機和 YC-315TX2HGR 氬弧焊機為研究出發(fā)點。氬弧焊鎢極考慮使用釷鎢極，釷鎢極具有引弧容易、穩(wěn)定性好、載流能力強的特點，并且釷鎢極相較于純鎢極不容易燒損。 

4、保護氣體的選擇 

一般來說，惰性氣體的純度越高，氣體保護效果越好，但是也意味著成本也越高。對于鈦合金這類對保護效果要求較高的金屬，通常要求惰性氣體純度大于99．99％。氬氣、氦氣或者它們的混合氣體都可用于焊接各類金屬材料，但由于，氬氣的成本低，氬氣產(chǎn)生的電弧比較平穩(wěn)、較容易控制，因此在焊接鈦管時，選擇純氬進行氣體保護。本焊接試驗選擇的氬氣為一級氬氣，氣體純度在99．99％以上，露點低于-40℃，相對濕度不超過 5％，水分含量不高于 0.001 mg／L。 

氬氣流量的選擇以達到良好的焊接表面色澤為準，一般通過在焊接之后用肉眼觀察焊縫及熱影響區(qū)的顏色來考察焊接時的氣體保護效果。國標 JB/T 4745-2002 規(guī)定焊后表面出現(xiàn)銀白色氧化膜，則表明氣體保護效果最佳，當顏色

為黃色時保護效果也可以接受，其他顏色則為不合格。為了得到良好的氬氣保護，焊接時若發(fā)現(xiàn)氬氣瓶的壓力降至 1 MPa，就應(yīng)停止使用。選用精確的氬氣流量計以控制氣流量。此外應(yīng)該注意的是，送氣軟管一般選用塑料管或者乙烯基塑料軟管輸送保護氣體。 

工業(yè)純鈦焊縫的表面顏色與焊接質(zhì)量的關(guān)系見下表3（參照 ASME B31.3、NORSOK601 和 ASME IX 對焊道顏色和焊接質(zhì)量的要求）。 

表3 工業(yè)純鈦焊縫的表面顏色與焊接質(zhì)量的關(guān)系 

焊接表面顏色	溫度/℃	保護效果	污染程度	焊接質(zhì)量
銀白色	350-400	良好		良好
金黃色	500	尚好	小	合格
深黃色	-		↓
淺藍色	-	較差	大
深藍色	520-570	差		不合格
暗灰色	≥600	極差

5、氣體保護罩 

采用環(huán)縫氣體保護拖罩可以有效地對鈦管進行氣體保護。保護罩的材質(zhì)選用鋁合金（圖1）。氣體保護罩由① 圓弧形鋁制外殼，②氣體導(dǎo)入管，③焊接操作孔，④焊槍固定裝置，⑤內(nèi)部氣篩層，⑥側(cè)面凹槽組成。氣體導(dǎo)入管，焊接操作孔，焊槍固定裝置處在圓弧形鋁制外殼的上表面。圓弧形鋁制外殼和內(nèi)部氣篩層通過焊接連接成一體。焊槍可以通過金屬箍圈和焊槍固定裝置進行綁定。氣體導(dǎo)入管將氬氣導(dǎo)入保護罩內(nèi)，由氣篩將氬氣流均勻分配到焊件表面。傳統(tǒng)的氣體保護裝置需要兩個焊工進行操作，一個焊工負責使用焊槍和進給焊絲，另一個焊工負責轉(zhuǎn)動氣體保護罩對焊接區(qū)域進行保護。這樣對兩名焊接工人的相互配合提出了較高要求，一旦氣體保護罩跟進速度和焊接速度不適應(yīng)就會影響焊接質(zhì)量。

另外，焊接過程需要兩個焊工完成，生產(chǎn)效率較低。本文中的焊接氣體保護罩，在原先傳統(tǒng)的氣體保護罩上進行了改進，由于焊槍已經(jīng)由金屬箍圈固定在了氣體保護罩上，焊工一只手從焊接操作孔填入焊絲，另一只手轉(zhuǎn)動氣體保護罩即可完成焊接操作。此外，增加的側(cè)面凹槽中可以填入橡膠片，焊接時橡膠和鈦管緊密接觸，用于隔絕外部空氣并維持內(nèi)部較純的氬氣氣氛。該裝置，操作方便，氣體保護效果明顯。  

圖1  氣體保護罩 

6、 其他工具 

除以上設(shè)備，在清理鈦管表面的油污、氧化膜等雜質(zhì)時，還需要用到白紗布、不銹鋼鋼絲、丙酮或無水乙醇溶液。白紗布用于蘸取丙酮或無水乙醇，對焊絲和鈦管進行清理，不銹鋼鋼絲刷用于鈦管表面進行機械清理。 

試驗中需要 99.99%純度氬氣 3 瓶，分別接入焊槍、氣體保護罩以及鈦管內(nèi)部，對鎢極氬弧焊進行氣體保護。在焊接過程中，還需要錫紙膠帶對待焊部位進行保護。另外，還需要焊接架、砂輪機、海綿各一個，分別用于焊接裝配、打磨檢修以及維持鈦管內(nèi)部的氬氣氣氛。 

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