壓力容器設(shè)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、銅及銅合金、鋁及鋁合金的應(yīng)用也日益增多。由于這些有色金屬具有不銹鋼所不能比的優(yōu)點(diǎn)，所以在一些特殊的重要場(chǎng)合已占有主導(dǎo)地位。
一、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(nèi)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法取代的優(yōu)良材料。純鎳一般在工業(yè)中應(yīng)用較少，但在鎳中添加入鉻、銅、鐵、鉬、鋁、鈦、鈮、鎢等元素后，通過固溶強(qiáng)化，不但改善其力學(xué)性能，而且可適應(yīng)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(duì)焊縫進(jìn)行著色檢查時(shí)，短時(shí)間都發(fā)現(xiàn)不了，但經(jīng)過一段時(shí)間后，才顯露出來。這說明裂紋非常微細(xì)，但有時(shí)也能發(fā)展為較寬的宏觀裂紋。如果在單相奧氏體焊縫中加人固溶強(qiáng)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(jié)晶的發(fā)展，從而顯著提高抗熱裂紋能力。限制線能量，避免采用大線能量焊接也有利于防止熱裂紋的產(chǎn)生。此時(shí)注意，如果線能量過小，會(huì)加速焊縫的凝固結(jié)晶速度，更易形成多邊化晶界，在一定應(yīng)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此問題的辦法，因?yàn)殡娏髟黾訒?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(yīng)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(hù)焊和焊條電弧焊進(jìn)行論述。無論是何種焊接方法，焊前一定要徹底清理焊接區(qū)表面，鎳基合金對(duì)污染物的危害極為敏感，母材應(yīng)盡可能在固溶狀態(tài)下焊接。
① 鎢極氣體保護(hù)焊是應(yīng)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(gòu)件。保護(hù)氣體最常用的是氬氣，它成本低，密度大，保護(hù)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(hù)焊應(yīng)用較少，但有如下特點(diǎn)，氦氣導(dǎo)熱大，向熔池線能量比較大，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(wěn)定。
鎢極氣體保護(hù)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(yīng)采用較小的焊接線能量，多層焊時(shí)應(yīng)控制層間溫度，焊接析出強(qiáng)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。弧長(zhǎng)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(dāng)?shù)臄[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(hù)氣體進(jìn)行反面保護(hù)。為加強(qiáng)焊接區(qū)的保護(hù)效果，也可在焊嘴后側(cè)加一輔助輸入保護(hù)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能量，焊接時(shí)要求盡可能采用小規(guī)范，與同規(guī)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，一般要求在焊接過程中適當(dāng)擺動(dòng)，但不能過大。在焊縫接口再引弧時(shí)，應(yīng)采用反向引弧技術(shù)，以利調(diào)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，防止弧坑裂紋，必要時(shí)要對(duì)弧坑進(jìn)行打磨。
二、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，其耐腐蝕性優(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(qiáng)度較低，具有良好的低溫性能，其線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率都不大，這都不會(huì)給焊接帶來困難。鈦合金的比強(qiáng)度大，又具有良好的韌性和焊接性，在航天工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。鈦及鈦合金在我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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，分別用TA、TB和TC表示。在石化行業(yè)中的壓力容器設(shè)備中，牌號(hào)為TA2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(qiáng)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(hù)，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，否則接頭滿足不了焊接質(zhì)量要求，一般只能采用氬氣保護(hù)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(dǎo)熱差、比熱小、高溫停留時(shí)間長(zhǎng)、冷卻速度慢，易形成粗大結(jié)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(dāng)焊絲或母材質(zhì)量不問題時(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(yīng)注意防止的，焊接時(shí)熔池和低溫區(qū)母材中的氫向熱影響區(qū)擴(kuò)散，引起熱影響區(qū)含氫量增加，造成熱影響區(qū)出現(xiàn)延遲裂紋。
④ 氣孔
鈦及鈦合金焊接時(shí)氣孔是最常見的焊接缺陷。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(hù)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(duì)于較厚的工件也可采用熔化極氬弧焊，對(duì)于技術(shù)要求嚴(yán)格的航天工業(yè)中一些重要設(shè)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(yīng)使在正常焊接工藝下的焊縫在焊后狀態(tài)的抗拉強(qiáng)度不低于母材退火狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)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(dāng)，焊接性能良好，能滿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(biāo)準(zhǔn)含量上限值應(yīng)大大低于母材中雜質(zhì)元素的標(biāo)準(zhǔn)含量上限值。不允許從所焊母材上裁條充當(dāng)焊絲，應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的焊絲也可使用。母材牌號(hào)與推薦所用焊絲牌號(hào)表列于下表中。
鈦及鈦合金推薦焊材表
