国内TA2钛管的焊接工艺与焊接接头性能研究发展

1、焊接工艺设计

TA2钛管焊接工艺通常包括以下内容：

（1）确定焊接工艺实施条件：钛管用途、现场焊接条件及一些技术要求。

（2）确定焊接试验钛管：包括牌号、直径、壁厚、化学成分、力学性能等。

（3）选定焊接材料和焊接设备：包括焊丝的牌号、直径，保护气体纯度，焊接设备型号。

（4）焊接接头设计：包括坡口形式、钝边、坡口角度、间隙、焊接层数等。

（5）焊前准备：包括焊前清理、定位方式等。

（6）确定工艺要求：如焊接方法、层间温度、焊接速度、焊接电流电压、气体保护时间等。

（7）确定焊接质量检验方法：根据焊接后钛管的服役环境所要求的相关性能指标，参考相应标准制定焊缝外观检查及无损检验要求与方法，设计焊接接头试验项目及要求。

（8）确定焊接缺陷返修工艺：确定合理的返修工艺，保证返修后钛管的质量。

2、焊接接头性能研究

焊接接头的性能决定了焊后的钛管能否在特定工作环境中安全服役。 气孔、裂纹、未焊透以及夹杂是焊接TA2钛管的常见缺陷，这些缺陷的存在在极大降低了焊接接头的性能。合理的焊接工艺可以有效避免这些焊接缺陷。目前，无损检验以及断口分析是探究是否存在这些焊接缺陷，判断焊接工艺是否合理的重要方法。焊接是一个复杂的冶金过程，在焊接后焊接接头的力学性能不可避免地发生变化。若焊接接头的力学性能达不到要求，往往会导致严重的安全事故。所以，在保证没有焊接缺陷的基础上，还需要研究 TIG 焊后的焊接接头的力学性能。目前，通常采用拉伸试验测试焊接接头的强度；通过硬度、弯曲试验分析材料的塑性、韧性；通过对断口分析判断焊接接头的断裂方式。此外，对焊接接头的金相组织进行观察，从微观组织出发可分析焊接接头区域发生性能变化的原因。

为了加强对焊接质量的控制，许多国家都制定了相关的焊接质量评定的标准。如我国提出了 GB/T12467~12469-90《焊接质量保证》，GB 2649-1989《焊接接头机械性能试验取样方法》，GB 2651-1989《焊接接头拉伸试验方法等相应标准》等焊接质量评定标准；英国标准协会在 1980 年提出了 BSI—PD6493 《焊接缺陷验收标准若干方法指南》；美国机械工程师协会制定了 ASME IX《焊接和钎焊评定标准》。这些标准从质量控制标准、合于使用的标准等角度，为各项焊接性能测试的进行以及焊接质量验收提出了指导性意见。

钛制设备常常与腐蚀性介质接触，这决定了钛焊接接头也需要具有高的耐腐蚀能力。目前，国内外主要依靠电化学测试方法，对钛合金的耐腐蚀性也进行研究。如 Iara Augusta Orsi 等，通过研究阳极极化曲线，分析了激光焊和钨极氩弧焊对整个 TA2 焊接接头的耐腐蚀性影响，试验结果表明钨极氩弧焊后焊接接头的耐腐蚀性能要好于激光焊后得到的焊接接头。 Atapour 等结合了金相组织观察和极化曲线测试的方法，研究了经过搅拌摩擦工艺后的 TC4 合金在盐酸中的耐腐蚀性能，结果表明经过处理后的耐腐蚀性能优于原来铸造态的 TC4 合金。国内方面，张向东等研究了强流脉冲电子束处理对 TA15 钛合金耐蚀性能的影响，通过观察处理前后钛合金表明组织形貌变化以及极化曲线测试方法，证明了强流脉冲电子束有利于生成更致密的钝化膜，增强其耐腐蚀性。

钛在表面生成钝化膜以后具有很高的电位，在腐蚀介质中与其他材料连接时容易形成原电池，腐蚀掉电位较低的金属。因此，目前对于钛合金与其他材料的电偶腐蚀行为也越来越受到重视。Blasco-Tamarit 等研究了 TA2 焊接接头和 TA2工业纯钛在 Li Br 溶液中偶接时的电偶腐蚀行为，发现焊接接头成为了电偶腐蚀中的阳极，出现了轻微的电偶腐蚀，并且温度越高电偶腐蚀越严重。沈文雁等通过电偶电流试验，分析了 Ti-15-3 钛合金和不锈钢、碳纤维材料、铝之间的电偶腐蚀严重程度。

可以看出，目前在对钛合金的焊后耐腐蚀性研究中，大多是将整个焊接接头作为研究对象，并与钛合金母材或其他材料进行对比。这样的试验方法可以检验焊接接头的整体的耐腐蚀性能，但不能单独研究出焊缝、热影响区这些单独的区域内的耐腐蚀性能的差异，无法分析出焊接加工对于这些不同区域耐腐蚀性能产生的影响。

本文首先对于焊接接头进行打磨、抛光、腐蚀处理，确定焊缝、母材、热影响区的具体位置。然后在不同区域进行取样，加工出用于电化学试验的母材、焊缝、热影响区的试样。通过电极电位腐蚀试验，研究焊缝、热影响区、母材在 3.5% Na Cl 溶液中的耐腐蚀性能。通过和母材试样对比，分析焊接对焊缝、热影响区钝化膜性能的影响。另外，还研究了在 3.5% NaCl 溶液中，焊缝和母材偶接时的电偶腐蚀情况，探讨了焊接接头内部的电偶腐蚀情况。

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