关于锆材的焊接

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锆材的特性和用途 物理性能 （ 见表 % ）
表! 熔点 热导率
1"，可用作真空系统的除气材料。
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比热 相变点 ・ #2"9$ : 6 )5 ;<
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原材料和焊材的种类和化学成分
表" 牌号和化学成分 （ 质量分数） （ #）
% 3’" 4
・ #2%3 = 6 )78 ;<
密度 线胀系数
$2’% 5 6 78! ’23>%# ;
F.0./
焊接气孔的预防
因焊接气孔主要是由于坡口表面的污
染而引起，除严格按清理程序进行清理外，坡口清理后应立即 进行保护，以 防 止 再 次 污 染 。钛 材 是 采 用 医 用 胶 布 粘 贴 保 护 ， 对锆材可经试验，但从杂质的控制指标看，也应是可行的，同 时，应控制坡口的清理与组对焊接过程要尽量衔接紧密。 焊接保护措施 对活泼金属的保护是焊接的关键问题，
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G=H
类别
I1H 号 *+J0@
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晶体结构 ，相 变 温 度 3$" 在 室 温 下 ，为 密 排 六 方 晶 格 （ " &*+ 结 构 ）
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收稿日期： "##!&#"&#A ；修订日期： "##!&#!&%3
*+ 在 ’A# 4以上对 /"，1"，0" 的脆性敏感，因此对该金属
应予以保护，防止大气污染。在弧 焊 时 ， *+ 必 须 与 大 气 隔 离 ， 一直冷却到 ’A! 4 以下。 锆焊丝必须进行化学清洗，保证无严重的氧化、吸收的水 汽、油脂和脏物。
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从保护要求看，锆材的焊接主要是防止杂质元素对焊接过
程的污染，要求很高。钛材的焊接，国内已有施工验收规范 现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规 ;< =40/>— 5??@ 《 范 》和 AB /=40— 0444 《 ，而 67 的 焊 (% 管 道 施 工 及 验 收 规 范 》 接国内尚无施工验收规范。 表 /） 。 67 和 (% 的母材和焊材对杂质在控制指标上的差异 （
F.0 F.0.5
焊接工艺要点和措施 热输入控制 对钛材，工艺参数都要求在保证熔合的前
提 下 ，尽 量 用 小 热 输 入 焊 接 ， 资 料 介 绍 一 般 在 DJ/= M2 N )O 之 间 。考 虑 其 散 热 速 度 较 慢 ，需 要 靠 E7 使 其 快 速 冷 却 降 温 ， 应 按较低值选取，施工时宜采用小电流、慢焊速。对锆材，以上 原则和参数均可参考，并以此为依据进行试验和评定。
用途 用于反应堆结构材料 化工类抗腐蚀材料 耐中子辐照，强度不发生变化，
乏成熟焊接经验。钛材作为化工类抗腐蚀材料，已有较广泛的 应 用 ，现 场 安 装 采 用 钨 极 氩 弧 焊 也 有 成 熟 经 验 。 *+ 和 ,- 晶 体 结构类型 相 同 （ 密排六方晶格） ，物 理 性 能 比 较 接 近 ，焊 接 性 能 也 应 有 许 多 相 似 之 处 ， 美 国 GHRO 规 范 第 $ 卷 材 料 的 附 录 特别说明” ，是将 ,- 和 *+ 单独 列 为 $&?’! 一 节 进 行 说 $&?’# “ 明的。 资料介绍：*+ 的焊接性能良好，产生裂纹的倾向很小，可 以采用多种焊接方法，其中氩弧焊是比较经济的方法，关键是 保护。
表( 锆材焊接工艺参数 氩气流量 N （ ・ P O%&:5） 提前送气 背面 （ 滞后停气）
E!A E=.0F— D> E!A E=.0F— ?4G?@H E!A E=.5>— D4
F./.5
钛焊丝
壁厚 焊丝直径 焊接电流 电弧电压 焊接速度
钛焊丝括号中的数值为不同牌号的最高要求，不带括号的数值为工业纯 钛的指标。
表! 对杂质元素 !（ "， #$， %$， &$）的控制指标 （ !’ ） 母材与焊材 锆无缝管（ ;< @D>@— @@） 锆焊丝
F./
锆材的焊接工艺 锆材的特性与钛材相近，两种金属熔点相差 5D= L ，焊接
9 4.40D 4.4= 4.4= 4.4=
（ 4.4/）
10 4.44@ 4.40= 4.40= 4.404
OP*+? P$#9#’ !A’2’
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表中单一数值为允许的最大值。
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焊接性能分析 锆材用于化工类抗腐蚀材料，在我国尚处于起步阶段，缺
4 以 上 ，与 空 气 中 的 /"反 应 生 成 脆 性 氧 化 膜 ， 在 9## 4 以 上 ， *+ 吸收/"而使材料严重脆化；在 $## 4 *+ 吸收 1" 而生成 *+1。 %2? %2?2% %2?2"
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锆材的焊接性
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23&. 044/
・工艺与新技术・ 05 对 钛 材 一 般 控 制 在 044 L 以 下 ， 对 锆 材 也 可 按 044 L 以 下 控 制。
（ 5） 67 的熔点高于 (% ，密度比 (% 大，而比热比 (% 小 ，因 此焊接时热输入应比 (% 略大。 （ 0） 67 的热导率比 (% 略大，但比 8" 小得多，与 97:1% 奥 氏体钢接近，属导热性较差的材料，为避免焊接区域长时间高 温停留造成的不利影响，应采用小的焊接参数，这一点可参考
(% 的焊接经验。
（ /） 67 的 线 胀 系 数 比 (% 小 ， 比 其 它 材 料 更 低 得 多 ， 焊 接 时变形小，应力会降低，利于焊接。
F.0.F
除保护熔池外，焊接的高温区域及焊丝前端部都要始终处于惰 性气体的有效保护之下。 锆材因导热性差，熔池直径较大，故为增大熔池保护区 域，焊枪喷嘴要适当加大，一般选用内径 5> OO 以上的喷嘴为 宜。为了保护 F44 L 以上的高温区域，通常是在焊枪上附加一 个拖罩来实现，并且焊缝的背面也要同时采取保护措施。
（ 4.450）
C0 4.5> 4.4= 4.45> 4.5=
（ 4.54H
B0 4.440 = 4.44= 4.44= 4.44@
（ 4.44=）
性较好，但锆材对保护要求比钛材更高些。以上经验均可以借 鉴采用，具体控制参数可进行调整，以满足锆材的要求。 纯锆氩弧焊接工艺参数见表 F （ 参考件） 。
对保护效果的要求要比 ,- 高，焊接措施要比 ,- 严。
0" 的 能 力 ，其 反 应 温 度 分 别 为 "## 4 ， ?## 4 ， !## 4 ， 反 应
速度随温度升高而增加， %## 5 的 *+ 能吸收 3%9 F 的 0"，固溶 的 0" 可 以 通 过 加 热 方 法 去 除 。超 过 A## 4 时 ， *+ 就 猛 烈 吸 收
#2 4以上时，为体心立方晶格 （ #&*+ 结构）
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特性
*+ 是非常活泼的金属，其优异的抗腐蚀性实际上取决于表
面氧化膜的完整性和牢固性。在高温下， *+ 易与 /"， 1"， 0" 反 应，与 0" 在 "## 4可生成 *+0"，在大约 !%’ 4的 0" 气氛中，*+ 会吸收 0" 而导致氢脆，与 /" 在 !## 4 可生成 *+/!，在大约 ’’#
要严格控制。 0@ ） !（
*+ 的耐腐蚀性优于不锈钢、1- 和镍
合 金 、 ,-，力 学 性 能 和 工 艺 性 能 很 适 于 制 造 耐 腐 蚀 压 力 容 器 、 管道等，在醋酸和农药厂等强腐蚀场合的应用越来越多。能耐 大多数有机酸、无机酸、强碱、熔融盐、高温水及液态金属的 腐蚀；但在 %?A 4以上的盐酸中易产生氢脆；*+ 是仅次于 ,B 的 抗硫酸腐蚀的金属材料，对盐酸的耐腐蚀性优于其它金属，大 约与 ,B 相仿；在 "%# 4 以下和在质量浓度小于 A’C的硝酸中的 耐蚀性和 DE 差不多；在磷酸中的耐蚀性比较好；抵御强碱溶液 和熔融碱的腐蚀能力比 ,- 好得多； *+ 不能抵御氢氟酸的侵袭，
50J5= 0=J/4 0=J/4
5=J>4
滞后停
5=J/4
提前送气是为置换保护罩和背面保护区内的空气，通入气
(
量不应小于气腔体积的 > 倍。滞后停气是为保证焊点温度降至
/44 L以下再撤除保护，此时焊丝也应在保护中。
F.5 F.5.5 F.5.0
,
=.5 =.0
需探讨的问题 保护效果的检查 钛材是以表面色泽为标准，焊缝及保护
N OO 0JF FJ@ #@
N OO 5.> 0.4 0.4
NE =4J?4 >4J504 544J5F4
N54J55 55J50 55J50
N（ )O・O%&:5）焊枪 拖罩 >J50 DJ5F >J50
NQ
提前送
从表 / 可以看出， 67 对 C0 和 B0 的控制指标都高于 (% ，尤 其 是 对 C0 的 要 求 ，几 乎 高 一 个 数 量 级 ， 故 对 焊 接 保 护 和 焊 接 工艺控制要比钛材更严格。 锆材的 )*+ （ 手工氩弧焊）工艺制定 从 耐 腐 蚀 角 度 选 用 的 锆 材 ，多 属 于 “ 工 业 纯 ”锆 的 牌 号 ， 根据对钛材的焊接经验，应从以下方面入手。 焊前准备 母材应采用机械加工，宜采用较慢的加工速度，防止局 保护气体应采用高纯度 （ ??.??K 以 上 ） 的 氩 气 或 氦 气
F.5./
焊件坡口、焊丝应进行认真清理，以杜绝一切有可能的
杂质污染。需清除的杂质包括氧化膜、机械加工坡口表面微裂 纹内的吸附 物 、材 料 表 面 的 油 脂 及 污 物 。因 此 清 理 程 序 应 为 ： 磨光机打磨 " 不锈钢丝轮 （ 刷）清理 " 抛光轮抛光 " 丙酮 （ 或 无水乙醇）清洗 " 封口保护。
参考文献： 第 0 卷， 材料的焊接） R5S 中国机械工程学会焊接学会 . 焊接手册（ RTS. 北 京： 机械工业出版社， 0445. 陈志平 . 特种压力容器 RTS. 北京： 化学工业出版社， R0S 郑津洋， 5??D. 第!、 " 篇） RAS. 5??@. R/SEATU （ （ RFS 郝忠明 . 钛管 (V; 焊接工艺探讨 R2S. 石化建设， 0444 ， 5） . 作者简介：赵忠民 （ ，男，高级工程师，现任中国石化集团 5?F= —） 第二建设公司副总工程师，从事一、二、三类压力容器制造、安装的 技术管理 .
"# ・工艺与新技术・
文章编号： %##"&#"’()"##! ） #!&##"#&#"
焊接技术
第 !" 卷第 ! 期 "##! 年 $ 月
关 于 锆 材 的 焊 接
赵忠民，张立新
（ 中国石化集团 第二建设公司，山东 淄博 "’’?## ）
摘要：锆材是一种稀贵有色金属材料，用于化工类抗腐蚀材料在我国尚处于起步阶段，缺乏 成 熟 的 焊 接 经 验 。 本 文 主 要 从 锆 材 的 特 性 进行分析，并与已有焊接实践经验的钛材及其它材料进行对比，提出焊接所需考虑的问题和 应 采 取 的 措 施 ， 用 以 指 导 焊 接 试 验 和 培 训 工作。 关键词：锆材；抗腐蚀材料；钨极氩弧焊 中图分类号： ,S?’92%A 文献标识码： T
部温度过高，坡口角度单边 /4IJ/=I为宜。 （ ，露点小于 :F4 E7 增加熔深，B" 改善保护，也可用混合保护） 橡胶软管吸气） 。采用铈: 钨电极。 L。应采用塑料软管供气 （
区为银白色或金黄色为合格。锆材以何种表面色泽为合格？ 有资料介绍，确定焊件保护效果的方法可用不锈钢制的类 似的焊件代替来做试验。要在不锈钢焊件的焊缝上获得不变色 的银色外观，与钛材相比，锆材对保护的要求更高。此外，在 熔池阶段所发生的任何明显的污染都容易被观察到，因为热不 锈钢在很大程度上不吸收被污染的表面薄膜。在保护效果试验 中，可以采取该办法。
锆材是已经在核工业使用过的一种有色金属材料， *+ 和 ,在元素周期表中 同 属 于 第!类 元 素 ，都 是 很 活 泼 的 金 属 ，对
在湿氯气、王水和高价金属氯化物溶液中的抗蚀性能差。
%2?2!
储氢除气材料
*+ 在 不 太 高 的 温 度 下 就 有 吸 收 /"， 1"，
.， /"， 0"， 1" 有很强的亲和力。 *+ 的焊接性能和 ,- 相近，但