钛管焊接方案

1、编制说明

山东海化氯碱树脂项目10万吨/年离子膜烧碱装置，采用日本旭化成技术，二次盐水及电解工段部分盐水、氯气及脱盐水管道设计采用了工业纯钛（TA2）管约770m，工业纯钛管道焊接技术要求高，焊接难度大。为确保工业纯钛管道焊接质量，特编制本焊接作业指导书以指导焊接施工。

2、编制依据

2.1 10万吨/年离子膜烧碱装置设计施工图；

2.2 《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97；

2.3 《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98；

2.4 中国化学工程第十六建设公司《焊接工艺评定汇编》。

2.5 我公司承建的青岛化工厂6万吨/年离子膜烧碱工程《钛管道焊接方案》、安徽氯碱集团6万吨/年离子膜烧碱工程《钛管道焊接方案》和山东济宁中银电化有限公司4万吨/年离子膜烧碱Ⅰ、Ⅱ期安装工程《钛管道焊接方案》亚星化学股份公司6万吨/年离子膜烧碱工程《钛管道焊接方案》等。

3、钛管的焊接性分析

钛是一种非常活泼的金属，与氧的亲和力很大。常温下在钛金属表面与氧生成稳定而致密的氧化膜，该层氧化膜的存在，使得钛在常温下有很高的稳定性和耐腐蚀性。

随着温度的升高，钛吸收氧、氢、氮的能力也随之明显上升。钛从250℃开始吸收氢，从400℃开始吸收氧，从600℃开始吸收氮。钛金属中氧、氢、氮含量增加将使材料的塑性显著下降。因此，焊接时必须对焊缝及附近250℃以上高温区域进行保护，防止空气中的氧、氮和水汽等污染。焊接时焊缝必须使用拖罩进行滞后保护并对管子焊缝背面进行充氩保护。

钛焊接较易产生气孔缺陷，焊接前必须清除焊丝、焊接坡口及附近母材表面上的水分、油脂、氧化物等；焊接时必须使用纯度很高的氩气。

钛金属中含C量增加将降低材料的塑性和耐腐蚀性能，因此施工中必须避免母材和焊丝跟碳钢材料接触。

4、焊接施工程序

5、焊接工艺

5.1 施工准备

5.1.1钛管道和焊接材料验收

a.钛管及管件安装前必须进行检查，应具有制造厂合格证和质量证明书（包括牌号、炉号、规格、化学成分和机械性能等），内外表面应光滑、清洁、无针孔、裂缝、划痕、折叠和过腐蚀等缺陷，管材内外表面的局部缺陷应予以清除，清除后外径或壁厚不得超出规定的偏差值；其端部应平整无毛刺、壁厚应符合要求；钛管运输与存放应注意不与铁质材料接触、碰撞，防止氢、氧、氮、碳等污

染。

b.焊接材料（焊丝）必须具备合格证和材质证明书。

5.1.2技术交底

焊前由焊接工程师向参与施焊的焊工，讲解TA2工业纯钛管及其焊接性的基本知识，对TA2工业纯钛管焊接工艺进行技术交底，并强调遵守焊接工艺对成功焊接的重要性。

5.1.3焊工资格考试

施工前选择具备钛材焊接合格证、焊接技术水平高和责任心强的焊工参加焊前模拟考试。考试严格按公司的《焊接工艺评定报告》确定的焊接工艺及工艺参数和《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》（GB50236-98）要求进行。

5.1.4焊接场地

钛管安装焊接，要求现场干燥、干净清洁并防止周围环境风速的影响，采取防风措施。钛管尽量在管道预制场内进行预制焊接。

5.1.5保护拖罩的制作

a.钛管焊接必须进行滞后保护。滞后保护拖罩宽度60mm，厚度20~30mm，长度不小于80mm。保护拖罩外壳选用δ=0.5mm的紫铜皮制作。在200目的铜网中充填适量的钛屑或铜屑，以缓冲和稳定气流。

b.ф76×3~ф480×5管子制作局部拖罩（局部拖罩结构见图1）；ф18×2~ф57×3钛管制作全罩。

气

4

1、焊枪喷嘴

2、氩气导管（ф8）

3、铜网（200目，内填钛屑或铜屑）

4、保护罩

5、挡板

图1 局部保护拖罩示意图

5.2坡口加工

所有钛管均采用管子坡口机进行切割和坡口加工。坡口型式和尺寸要求见图2所示。

60~65°

图2 钛管坡口型式和尺寸

5.3焊前清理

5.3.1钛管组对前先用刮刀将加工后的坡口及附近管子表面进行刮削，然后进行酸洗处理。酸洗液配方如下：

HF 10%、HNO3 30%、其余为水。

5.3.2酸洗时将管接头在酸洗液中浸洗1分钟左右，然后用流动的清水将酸洗部位冲洗干净。所用焊丝也按上述方法进行酸洗和清洗。

5.3.3施焊前管接头和焊丝还应用丙酮或酒精仔细擦洗。

5.3.4清理后的管接头和焊丝如超过4小时未进行焊接，必须重新清理后才能焊接。

5.3.5焊接用的辅助装置也要做到清洁，无油污、水分等有害物质。

5.4组对

5.4.1管子组对时做到内壁平齐，错边量不超过壁厚的10%.

5.4.2组对时点固焊跟正式焊相同。

5.4.3尽可能减少固定焊口且应禁止强力组对。

5.5焊接

5.5.1焊接方法和焊接材料选择

a.钛管焊接采用手工氩弧焊。手工氩弧焊焊接时必须对后部焊缝进行滞后保护，管内进行充氩保护。

b.焊接材料选用与母材成分相同的焊丝（TA2）。为避免气体对焊接性能的不利影响，氩气纯度应≥99.99%。

5.5.2 钛管焊接工艺参数

钛管焊接，要尽可能选用较小的规范参数。根据我公司焊接工艺评定报告，制定的TA2工业纯钛管道焊接工艺参数见表1。

表1 TA2工业纯钛管道焊接工艺参数

5.5.3焊接工艺要点

a.按6.3条要求仔细清理管口和焊丝。

b.把管子放到不锈钢垫板或不锈钢滚轮架上,尽可能采用转动平焊。

c.焊机采用带高频引弧的手工氩弧焊机，所用的高频引弧装置完好。焊接时禁止钨棒直接接触母材。

d.焊接时焊工应带干净的手套。

e.焊枪喷嘴直径选用ф16 ~ 20mm，喷出的气流保持为层流状态。

f.起弧时焊枪提前30 ~ 60s送气，熄弧时使用电流衰减和延时送气保护功能，延时时间30 ~ 60s，收弧弧坑必须填满且要避免空气污染。

g.焊接时焊丝的加热端要始终处在Ar气的保护之下，熄弧后焊丝不得立即暴露在空气中，要在焊缝脱离保护时取出。若焊丝被污染氧化变色，要剪去污染部分后再使用。

h.焊接过程中若动用砂轮清理，要用刮刀将表面树脂刮掉后再焊。

i. 管内氩气保护应提前充氩，待排尽管内空气后才能开始焊接。焊接时坡口间隙部位用胶布封住，边焊边撕。熄弧后须待焊缝冷却才能停止管内充氩。管子填充盖面焊时，管内也必须充氩保护，防止焊缝根部氧化。

j.焊接法兰与直管角焊缝时，应注意焊缝背面保护。

k.焊后对焊接接头进行酸洗处理。酸洗完毕，用清水清洗并干燥。酸洗液配比如下：

65%HNO3 20L、70%HF 1L、其余为水。

l.用抛光砂轮片将焊缝表面进行抛光处理。

6、质量指标和检测手段

6.1钛管道焊缝焊后进行表面色泽检验，表面色泽应达到表2规定。

表2 钛管道表面色泽标准