壓力容器設備中，除廣泛使用碳鋼、低合金鋼及不銹鋼外，有色金屬如鈦及鈦合金、鎳及鎳基合金等的應用也日益增多。今天我們就來(lái)了解下有色金屬壓力容器的焊接相關(guān)。

鎳基耐蝕合金的焊接

鎳及鎳基合金具有特殊的物理、力學(xué)及耐腐蝕性能，鎳基耐蝕合金在200℃~ 1090℃范圍內能耐各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，同時(shí)具有良好的高溫和低溫力學(xué)性能。在一些苛刻腐蝕條件下是一般不銹鋼無(wú)法取代的優(yōu)良材料。純鎳一般在工業(yè)中應用較少，但在鎳中添加入鉻、銅、鐵、鉬、鋁、鈦、鈮、鎢等元素后，通過(guò)固溶強化，不但改善其力學(xué)性能，而且可適應于各種腐蝕介質(zhì)下侵蝕，使其具有優(yōu)良的耐腐蝕性。

1、鎳基耐蝕合金的焊接特點(diǎn)

①易產(chǎn)生焊接熱裂紋

由于鎳基合金為單相奧氏體組織，所以與不銹鋼相比，具有高的焊接熱裂紋敏感性，特別是焊縫易產(chǎn)生多邊化晶間裂紋。這種裂紋一般為微裂紋，焊后對焊縫進(jìn)行著(zhù)色檢查時(shí)，短時(shí)間都發(fā)現不了，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，才顯露出來(lái)。這說(shuō)明裂紋非常微細，但有時(shí)也能發(fā)展為較寬的宏觀(guān)裂紋。如果在單相奧氏體焊縫中加人固溶強化的鉬、鎢、錳、鉻、鈮等元素，就可有效地抑制鎳基合金焊縫多邊化結晶的發(fā)展，從而顯著(zhù)提高抗熱裂紋能力。限制線(xiàn)能量，避免采用大線(xiàn)能量焊接也有利于防止熱裂紋的產(chǎn)生。此時(shí)注意，如果線(xiàn)能量過(guò)小，會(huì )加速焊縫的凝固結晶速度，更易形成多邊化晶界，在一定應力下有助于多邊化裂紋的產(chǎn)生。

②液態(tài)金屬流動(dòng)性差，焊縫熔深淺

這是鎳基合金的固有特性?？考哟蠛附与娏鞑皇墙鉀Q此問(wèn)題的辦法，因為電流增加會(huì )引起裂紋和氣孔，降低接頭的耐蝕性能，所以為了獲得良好的焊縫成形，應采用小擺動(dòng)工藝，另外要加大坡口角度，減小坡口鈍邊。

2、鎳基耐蝕合金的焊接要點(diǎn)

鎳基合金一般可采用與奧氏體不銹鋼相同的焊接方法進(jìn)行焊接。這里就最常用的鎢極氣體保護焊和焊條電弧焊進(jìn)行論述。無(wú)論是何種焊接方法，焊前一定要徹底清理焊接區表面，鎳基合金對污染物的危害極為敏感，母材應盡可能在固溶狀態(tài)下焊接。

①鎢極氣體保護焊是應用最廣泛的，幾乎適合于任何一種可熔焊的鎳基合金，特別適合于薄件和小截面構件。保護氣體最常用的是氬氣，它成本低，密度大，保護效果好。氬氣中加5%氫氣，有還原作用，一般只用于第一層焊道和單道焊，多層焊的其余焊道可能要產(chǎn)生氣孔。氦氣保護焊應用較少，但有如下特點(diǎn)，氦氣導熱大，向熔池線(xiàn)能量比較大，能提高焊接速度，減少了氣孔的可能性，但氦弧焊，電流小于60A時(shí)，電弧不穩定。

鎢極氣體保護焊焊一般使用直流正接，采用高頻引弧以及電流衰減的收弧技術(shù)。在保證焊透的條件下，應采用較小的焊接線(xiàn)能量，多層焊時(shí)應控制層間溫度，焊接析出強化合金及熱裂紋敏感性大的合金時(shí)，更要注意控制層間溫度?；￠L(cháng)盡量短，薄件焊接時(shí)焊槍可不作擺動(dòng)，但厚板多層焊時(shí)，為使熔敷金屬與母材及前道焊縫充分熔合，焊槍仍可適當的擺動(dòng)。為保證單面焊完全焊透需要用帶凹形槽的銅襯墊，通以保護氣體進(jìn)行反面保護。為加強焊接區的保護效果，也可在焊嘴后側加一輔助輸入保護氣體的拖罩。

②使用焊條電弧焊時(shí)焊接鎳基合金時(shí)，由于焊條含合金元素多，且要求防止熱裂紋，一般鎳基合金焊條的藥皮類(lèi)型為堿性藥皮，采用直流反接。為了防止合金元素的燒損和控制線(xiàn)能量，焊接時(shí)要求盡可能采用小規范，與同規格的不銹鋼焊條相比，電流可降低20%~ 30%。由于液態(tài)金屬的流動(dòng)性差，為防止未熔合和氣孔等缺陷，一般要求在焊接過(guò)程中適當擺動(dòng)，但不能過(guò)大。在焊縫接口再引弧時(shí)，應采用反向引弧技術(shù)，以利調整接口處焊縫平滑并且能有利于抑制氣孔的發(fā)生。采用逆向收弧，把弧坑填滿(mǎn)，防止弧坑裂紋，必要時(shí)要對弧坑進(jìn)行打磨。

鈦及鈦合金的焊接

鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能，在氧化性、中性及有氯離子介質(zhì)中，其耐腐蝕性?xún)?yōu)于不銹鋼，有時(shí)甚至為普通奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的10倍。工業(yè)純鈦塑性好，但強度較低，具有良好的低溫性能，其線(xiàn)膨脹系數和熱導率都不大，這都不會(huì )給焊接帶來(lái)困難。鈦合金的比強度大，又具有良好的韌性和焊接性，在航天工業(yè)中應用最為廣泛。鈦及鈦合金在我國現行標準中按其退火態(tài)的組織分為α鈦合金、β鈦合金和α+β鈦合金三類(lèi)，分別用TA、TB和TC表示。在石化行業(yè)中的壓力容器設備中，牌號為T(mén)A2這種工業(yè)純鈦使用為居多。

1、鈦及鈦合金的焊接特點(diǎn)

①雜質(zhì)元素的沾污引起脆化

鈦是一種活性元素，特別是在焊接高溫下非常容易吸收氮、氫、氧，從而使焊縫的硬度、強度增加，塑性、韌性降低，引起脆化。碳也會(huì )與鈦形成硬而脆的TiC，易引起裂紋。因此，鈦及鈦合金焊接時(shí)必須進(jìn)行有效的保護，防止空氣或其他因素的污染。因此鈦及鈦合金焊接不能采用氣焊或焊條電弧焊方法進(jìn)行，否則接頭滿(mǎn)足不了焊接質(zhì)量要求，一般只能采用氬氣保護或在真空下焊接。

②焊接相變引起的接頭塑性下降

常用的工業(yè)純鈦為α合金，焊接時(shí)由于鈦導熱差、比熱小、高溫停留時(shí)間長(cháng)、冷卻速度慢，易形成粗大結晶；若采用加速冷卻，又易產(chǎn)生針狀α組織，也會(huì )使塑性下降。

③產(chǎn)生焊接裂紋

鈦合金焊接時(shí)產(chǎn)生的焊接熱裂紋的幾率極小，只有當焊絲或母材質(zhì)量不問(wèn)題時(shí)才可能產(chǎn)生熱裂紋。由氫引起的冷裂紋是鈦合金焊接時(shí)應注意防止的，焊接時(shí)熔池和低溫區母材中的氫向熱影響區擴散，引起熱影響區含氫量增加，造成熱影響區出現延遲裂紋。

④氣孔

鈦及鈦合金焊接時(shí)氣孔是最常見(jiàn)的焊接缺陷。焊絲或母材表面清理不干凈或氬氣不純都會(huì )造成氣孔產(chǎn)生，因此保護氣-氬氣純度要求在99.99%以上，焊絲及工件表面要酸洗、凈水沖洗后烘干。

2、鈦及鈦合金的鎢極氬弧焊

鈦及鈦合金焊接時(shí)采用最多的就是鎢極氬弧焊，對于較厚的工件也可采用熔化極氬弧焊，對于技術(shù)要求嚴格的航天工業(yè)中一些重要設備經(jīng)常也采用真空電子束焊接。

①焊絲的選用。焊絲的選用應使在正常焊接工藝下的焊縫在焊后狀態(tài)的抗拉強度不低于母材退火狀態(tài)的標準抗拉強度下限值，焊縫焊后狀態(tài)的塑性和耐蝕性能不低于退火狀態(tài)下的母材或與母材相當，焊接性能良好，能滿(mǎn)足鈦容器制造和使用的要求。

焊絲中的氮、氧、碳、氫、鐵等雜質(zhì)元素的標準含量上限值應大大低于母材中雜質(zhì)元素的標準含量上限值。不允許從所焊母材上裁條充當焊絲，應采用JB/T 4745-2002《鈦制焊接容器》中附錄D中的焊絲用作鈦容器用焊絲。雜質(zhì)元素含量不高于JB/T 4745-2002中附錄D的其他標準的焊絲也可使用。

一般情況下可按表根據所焊母材牌號來(lái)選擇相應的焊絲牌號，并通過(guò)JB/T 4745-2002中附錄B的焊接工藝評定驗證。

不同牌號的鈦材相焊時(shí)，一般按耐蝕性能較好和強度級別較低的母材去選擇焊絲材料。

②保護氣體的選用。焊接用氬氣純度不應低于99.99%，露點(diǎn)不應高于-50℃，且符合GB 4842-1984的規定。當瓶裝氬氣的壓力低于0.5MPa時(shí)不宜使用。

③鎢極。鎢極氬弧焊時(shí)推薦采用鈰鎢電極。電極直徑應根據焊接電流大小選擇，電極端部應為圓錐形。

鈦及鈦合金氬弧焊時(shí)，最關(guān)鍵的是要將焊接高溫區與空氣隔離開(kāi)，為了有效地進(jìn)行保護，焊炬噴嘴、拖罩和背面保護裝置通以適量流量的氬氣是極其重要的。焊縫及近縫區顏色是衡量保護效果的標志，銀白色、淺黃色表示保護效果好，深黃色為輕微氧化，一般情況下還是允許的，金紫色表示中度氧化，深藍色表示嚴重氧化，至于灰白色是絕對不允許的，表示焊縫已經(jīng)變質(zhì)，必須報廢重焊。