钛管焊接工艺1前言PTA装置是扬子乙烯二期工程的重点项目。

该装置生产能力为年产45万吨精对苯二甲酸，它是同期同西德吉玛公司引进的54万吨／年聚脂装置的配套装置，也是国内最大的聚脂原料生产装置。

由于生产条件苛刻，工艺复杂，整个装置设备、管道多（147593米，其中不锈钢管道占全部的1/4），使用材料特殊（如钛材）。

因此给施工带来较大难度，尤为突出的是钛管的焊接施工。

该装置的钛管管径φ21～508mm，壁厚l.5～l4mm，近900m，约500道焊缝，其中可通过预制完成的约400道，需现场焊接的约100道。

焊接质量要按鲁奇公司的标准检查、验收。

技术难度大，特别是钛管的全位置焊接，国内施工经验不多。

为确保焊接质量和施工工期，我公司进行了一系列的焊接工艺试验，制定了合理的施工方案，特别对钛管的全位置焊接进行了技术攻关，并获得成功。

2技术条件2.1钛管的设计技术条件与标准2.1.1设计技术条件2.1.1.1管材及配件材质:DIN178503.7025,3．7035,3．7055．其化学成分如下表：2.1.1.2管材规格：φ508×4.5，φ408×14，φ26.9×l.5,φ21.3×2.6。

2.1.1.3钛管工作条件；温度224℃，压力2.5MPa，介质醋酸，溴化物。

2.1.1.4管道质量要求：焊接接头系数1，焊缝射线检验100%，水压试验压力3.75MPa，气密性试验压力0.625MPa2.1.2技术标准2.1.2.1管道工程钛材焊接规范LON1015E2.1.2.2钛管施工技术条件伍德公司标准2.1.2.3钛管施工及验收规范SHJ502-862.2 焊接特点钛管焊接是利用惰性气体对焊接区进行有效保护的TiG焊接工艺。

由于钛材具有特殊的物理化学特性，因而其焊接工艺与其它金属存在较大差异。

焊接时必须保证：（1）焊接区金属在250℃以上不受活性气体N，0、H及有害杂质元素C，Fe，Mn等的污染。

（2）不能形成粗晶组织。

（3）不能产生较大的焊接残余应力和残余变形。

所以，焊接过程须按合理的工艺，严格按工序质量管理标准，实行全过程的质量控制。

使人、机、料、法各因素均处于良好的受控状态，从而在合理的工期内，保证钛管的焊接质量。

3材料、设备及工具要求3.1钛管及配件；应具有制造厂的出厂合格证和质量证明书。

经复验其规格、化学成分、力学性能及供货状态均应符合DIN17850标准的要求。

3.2焊接材料3.2.1焊丝：焊丝牌号为ERTi-2。

选择焊丝应符合：（1）焊丝的化学成分和力学性能应与母材相当；（2）若焊件要求有较高的塑性时，应采用纯度比母材高的焊丝。

焊丝在使用前要进行材质复验，检查出厂合格证和质量证明书；焊丝表面应清洁，无氧化色、无裂纹、起皮、斑疤和夹渣等缺陷。

焊丝的化学成分应符合AWS A5．16一70的有关规定。

3.2.2氩气：工业一级纯氩，纯度不得低于99．98%，含水量小于50Mg/L氩气在使用前先检查瓶体上的出厂合格证，以验证氢气的纯度指标，然后检查瓶阀有无漏气或失灵现象。

3.2.3钨极：选用φ2.0～φ3.0 mm铈钨极，其化学成分应符合如下要求：3.3焊接设备3.3.1焊机：采用直流TiG焊机。

焊机应保证优良的工作特性和调节特性，同时配备有完好的电流表和电压表。

3.3.2焊炬:采用QS一75°/500型水冷式TiG焊焊炬。

焊炬应具有结构简单，轻巧耐用，枪体严密，绝缘良好，气流稳定，夹钨捧牢固，适合于各种位置焊接的特点。

3.3.3氩气输送管；采用半硬质塑料管，不宜用橡胶软管和其它吸湿材料。

使用时应专用，不得与输送其它气体的管相互串用。

氩气管不宜过长，以免压力降过大引起气流不稳,一般不超过30m。

3.3.4焊接夹具：用奥氏体不锈钢或铜制管卡兰、锁紧螺栓等组对钛管及配件。

应确保对钛管及配件有一定的夹紧力,以保证轴线一致，间隙均匀合适。

3.3.5辅助设备及工具：氩气保护罩，磨光机，专用锉刀，不锈钢丝刷等。

4焊接工艺4.1管道预制阶段4.1.1管道切割与坡口加工；管材切割与坡口加工应在专门的作业场所内采用机械加工方法进行。

加工时要用非污染介质洁净水进行冷却，以防氧化。

加工工具应专用，并保持清洁，以防铁质污染。

加工好的管口应保证表面平整，无裂纹、重皮等缺陷。

切口平面最大倾斜度偏差不超过管径的1%。

4.1.2表面清理：用奥氏体不锈钢制的钢丝刷清除钛管所有焊接表面及坡口附近100mm内的锈皮、油漆、脏物、灰尘和能与钛材起反应的杂物。

用砂轮修整加工面，清除飞边、毛刺、凸凹等缺陷。

4.1.3组对：将钛管、配件对准、夹好，轴线不得偏移，间隙均匀一致，并应防止钛管在装配中被损伤和污染。

避免强制组对。

定位焊采用和正式焊接相同的焊接工艺。

4.1.4脱脂处理：用赛璐珞海棉沾无硫乙醇或无硫丙酮对所有焊接表面和坡口附近50mm内全部做脱脂处理，处理后的表面应无任何残留物。

4.1.5焊接：应在有关标准规定的条件下进行。

4.1.5.1焊接工艺评定在钛管正式施焊前，用φ252×14 TA2管进行焊接性试验，在此基础上进行φ36×4，φ252×14垂直固定及水平固定位置的四项焊接工艺评定。

焊接工艺评定宜在焊接试验室进行。

试验前拟定了与工程施工实际相同的焊接方案，评定原则、要求、方法均按ASME IX执行。

评定合格的工艺参数如下： a、坡口条件b电源种类和特性:直流正接c焊接规范4.1.5.2焊工资格根据焊接工艺评定所提供的工艺参数，在专家的指导下组织焊工进行学习，并请有经验的焊工师傅作示范，对将参与焊接的焊工进行操作技能培训和考试。

结果参加培训的五名焊工全部通过DIN8560规定的考试，并参加钛管的焊接工作。

4.1.5.3焊材焊丝为德方提供的ERTi-2，规格经工艺评定后确定为φ2.0、φ3.0。

焊丝在使用前应按坡口的清理方法进行表面清理及脱脂处理，施焊时焊丝的端部应除去10～20mm长。

4.1.5.4焊接环境钛管施工需在预制厂房内进行，在现场焊接固定口时，应根据需要搭设防雨、防风棚，保证焊接环境符合工艺要求。

若出现下列条件之一时，不准进行焊接。

4.1.5.5层间清理与保护对多层焊道，在下一层施焊前，首先检查表面氧化程度，如有异常情况，应立即进行表面处理或返修处理，处理时必须用专用的奥氏体不锈钢制钢丝刷和砂轮。

4.1.5.6焊缝表面酸洗钝化处理钛材焊接后，经表面色泽检查合格后须对焊缝和热影响区进行酸洗钝化处理。

酸洗后必须立即用水彻底冲洗．以除去残留在焊件上的酸液。

整个酸洗过程的温度应控制在40℃以下。

酸洗钝化液按下列比例配方；4.1.6焊接检验所有焊缝均应进行外观检查，X射线照相检查，着色检验和压力试验等项检验，均应合格。

4.2管道安装阶段经检验合格的预制管道接单线图及安装质量要求进行管道安装。

安装时不能将铁质工具和支架与钛管直接接触，不能用强制方法固定钛管。

安装时的现场固定焊口，焊接工艺同预制管道时的工艺．焊工应是全位置焊接培训考试合格的焊工。

4.3钛管焊接工艺流程简图如下所示：5焊接质量控制5．1组对质量控制：组对时须将方向长度偏差、间距偏差、角度偏差、法兰相邻螺栓距离偏差、法兰面与管中心垂直偏差等，均应控制在规定的范围内。

5．2施焊质量控制：焊接重点控制焊工、焊材、焊接工艺和无损检测几个主要环节。

主要采取如下措施；5．2．1加强氩气对焊接区的保护钛在250℃以上吸氢，400℃以上吸氧，600℃以上吸氮，这些元素的渗入将大大降低钛的力学性能。

因此氩气对热态焊缝的保护是焊接接头质量优劣的关键因素。

钛材管道的焊接保护都是通过管内通氩，管外用专门的保护罩来进行的。

保护罩的形式一般有整罩结构、半罩结构和弯头罩结构。

a、整罩结构为避免铁离子污染，所有保护用的结构材料采用铜材制作。

整罩结构形式如图：结构由氩气导管、缓冲器、保护罩、密封口等组成。

氩气导管采用φ6mm铜管，进人混合室有一横管上钻有一排φ1～1.5mm 小孔，孔方向前上壁，主要使氩气人口减少冲力，分布均匀，再通过二层20～40目的铜丝网进入保护区罩。

保护罩的直径宜比钛管直径大40mm左右，长度一般在80～120mm，密封口长20mm左右，宜与钛管外径保持均匀的1～2mm的间隙。

这样一方面避免氩气流失太多，另一方面又可保证保护区内微正压，可防止外部空气混入。

喷嘴焊丝插入口在25～40mm左右。

如太小则影响视线看不清焊缝，难以保证质量，太大则氩气流失严重，影响效益。

b、半罩结构半罩结构的原理基本同全罩结构，在口径较大Dg150以上采用此种结构。

半罩的长度一般在230～250mm，宽90～100mm，高40mm，密封口长40mm。

对半罩以外部分，为减少氩气流失，增加保护效果，并且为固定半罩，适合全位置焊接需要，须制作一条弧形的，宽度30～50mm，中间带凹形的保护带，该带两端连接在保护罩上，一端固定，一端采用活扣连接。

在实际施焊中可达到理想的保护效果，也解决了全位置焊接中一些技术难题。

c、弯头罩结构为达到氩气保护弯头焊缝的目的，必须增加一个弯头形状的附加罩。

在固定焊时，弯头附加罩不动，直管保护罩与弯头附加罩活动配合，可绕弯头附加罩旋转，达到氩气保护的目的。

d、管内充氩保护，均采用分段充氩的方法。

在焊口的两侧200～300mm 的地方，作好密封装置，封好充氩。

密封装置采用胶皮和不锈钢夹板封口。

出气口采用φ4mm孔径，进气口采用φ8mm孔径，这样可保证将管内空气驱赶干净，达到氩气保护的目的，另一方面保证管内做正压，防止外部空气进入，有利于焊缝成形。

但也不能使正压力过大，压力过大将使溶池金属喷出或产生背面内凹缺陷。

进气侧应密封严密，防止进氩气时从缝隙处带人空气而导致氩气保护被破坏。

对全位置焊接的焊口，充氩比较困难，因为焊口两端距离都较长，还有弯头件等。

充氮仍采用分段充氮方法，在该道焊缝组对前，就将密封垫片（由不锈钢夹板与胶皮组成，充氩管为软胶管，并联一根有一定强度的不锈钢丝）放置在管道内距焊口200～300mm处。

待焊缝组对焊接完成后，将密封垫片取出即可。

5．2．2加强焊工培训，提高全位置焊口质量对于钛管的全位置焊口的焊接，是现场施工的一个重要突破口。

由于操作受阻（要带动保护罩一起转动，还不能使用内填丝法）和视线不好，无法准确掌握熔池的形成、结晶情况，容易产生内凹及熔合不良的缺陷，因此焊工必须掌握要领，熟练操作，做到节奏均匀，快速填丝，控制熔池温度，才能保证焊接质量。

上岗焊工必须培训考试合格，在此基础上选出素质好、体力充沛的焊工进行全位置管道焊缝的焊接。

5．2．3严格执行焊接工艺，提高焊缝一次合格率由于钛材焊接的特殊要求和工艺特点，焊口多次受热会较大地降低材料的韧性，因此在焊接过程中要精心组织管理，严格执行工艺制度、最大可能地提高焊工的一次焊接合格率。