鋯及鋯合金的焊接

1、鋯及鋯合金的焊接鋯及鋯合金的焊接1、應(yīng)用 它的化學(xué)符號(hào)是Zr，它的原子序數(shù)是40，是一種銀白色的高熔點(diǎn)金屬之一，呈淺灰色。密度6.49克/厘米3。熔點(diǎn)18522，沸點(diǎn)4377。故外觀與鋼相似。有耐腐蝕性，可溶于氫氟酸和王水；高溫時(shí)，可與非金屬元素和許多金屬元素反應(yīng)，生成固體溶液化合物。 鋯(Zr)作為稀有的“鈦?zhàn)濉痹?有非常突出的核性能，主要用于核工業(yè)反應(yīng)堆材料(不吸收中子)，工業(yè)上純鋯主要作為化工，農(nóng)藥等工業(yè)的耐蝕材料。 醋酸擴(kuò)能裝置，鋯材質(zhì)管材壁厚為4mm6mm，管徑范圍為DN15DN300，鋯管線系統(tǒng)介質(zhì)為原醋酸、稀酸、催化劑、甲醇等腐蝕性較強(qiáng)的物料。 2 鋯材的焊接性分析1 ） 強(qiáng)的

2、氧化性 鋯的化學(xué)活性很強(qiáng)，它們很易與空氣中的氮、氧等氣體發(fā)生反應(yīng)，如鋯與氧在200時(shí)開(kāi)始反應(yīng)，與氫在300時(shí)開(kāi)始反應(yīng)，與氮在400時(shí)開(kāi)始反應(yīng)，當(dāng)焊縫金屬中的含氧量增至0.5%時(shí)，即生成脆性的化合物，此化合物導(dǎo)致焊接接頭的塑性顯著降低，強(qiáng)度增高，并使焊接接頭耐高溫、高壓的腐蝕性能下降，以致影響到整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)的服役期限。因此在焊接鋯材時(shí)應(yīng)采用嚴(yán)格的焊前清理程序，以及高純度的氬氣保護(hù)焊縫金屬和熱影響區(qū)。 2 ） 接頭易脆化 在焊件冷卻過(guò)程中熱影響區(qū)金屬有可能析出復(fù)雜的金屬間化合物（如ZrCr2和Zr2Fe）、氧化物、氮化物等，這些脆性析出物將導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)金屬的強(qiáng)化，而塑性顯著降低，為此，在焊接

3、工藝上應(yīng)采取保護(hù)措施，使焊縫金屬避免受到污染。 3）氣孔敏感性強(qiáng) 鋯焊接時(shí)氣孔是經(jīng)常碰到的一個(gè)問(wèn)題，產(chǎn)生氣孔的原因主要有兩點(diǎn)，其一是氬氣、母材、焊絲中的H2、O2、及H2O含量提高會(huì)明顯使焊縫氣孔增加；其二，鋯及其合金坡口附近及焊絲表面常受到外部雜質(zhì)的污染，包括水份、油脂、氧化物、塵埃等，這此雜質(zhì)如不徹底清除，會(huì)導(dǎo)致焊接接頭形成氣孔和裂紋。因此焊接鋯時(shí)應(yīng)采用嚴(yán)格的焊前清理程序及采用高純度的氬氣。 3 焊接方法 鋯材焊接最常用的焊接方法鎢極氬弧焊，直流正極性；主要是通過(guò)焊槍噴嘴加拖尾保護(hù)罩及 管內(nèi)通氬氣進(jìn)行保護(hù)，防止焊縫和熱影響區(qū)氧化；并應(yīng)在清潔間內(nèi)焊接，或在安裝口施工時(shí)，采用臨時(shí)的防風(fēng)棚，減少

4、焊縫內(nèi)可能出現(xiàn)的氣孔缺陷。4 焊接材料1）氬氣 鋯材焊接采用高純氬氣（氬氣純度99.999%）作為保護(hù)氣體；由于鋯對(duì)氧氣的敏感性，鋯材焊接須采用集氣管，把幾瓶氬氣并聯(lián)起來(lái)使用，以增大氬氣的供應(yīng)量，用適當(dāng)加大氬氣量的方法來(lái)隔離氧氣、氮?dú)?。在正式焊接、更換氬氣瓶或集氣管時(shí)，須檢查氬氣純度。2 ）焊絲 焊絲成分與母材化學(xué)成分相同，型號(hào)為ErZr-2；所用焊絲必須有質(zhì)量證明書(shū)或材質(zhì)合格證； 焊絲使用前，必須用丙酮或酒精去除表面的油脂等雜物，嚴(yán)禁使用四氯化碳一類氯化烴做為脫脂溶劑，清潔后的焊絲拿放須戴潔凈手套； 清理完30分鐘內(nèi)必須用完，否則用前應(yīng)重新清理5 坡口制備 焊接接頭采用V型坡口，坡口間隙2-

5、3mm。焊件切割及坡口加工宜采用機(jī)械方法，當(dāng)采用等離子切割時(shí)，應(yīng)采用砂輪機(jī)打磨坡口清理其加工表面，坡口須打磨光滑，露出金屬光澤；因鋯粉末易燃，所以用無(wú)齒鋸切割時(shí),要在其前方放置一水盆，使切割的粉末落到水盆內(nèi)。6 焊前清理1 ） 焊前應(yīng)對(duì)坡口及其附近區(qū)域進(jìn)行認(rèn)真的清理。在焊口組對(duì)前采用丙酮等溶劑清除坡口兩側(cè)75mm范圍內(nèi)的水及污物，再用不銹鋼刷或細(xì)銼刀等工具去除距焊縫至少25mm以上的氧化物.2 ）焊絲使用前，必須用丙酮或酒精去除表面的油脂等雜物，嚴(yán)禁使用四氯化碳一類氯化烴做為脫脂溶劑，清潔后的焊絲拿放須戴潔凈手套。清理完30分鐘內(nèi)必須用完，否則用前應(yīng)重新清理。3） 用于鋯材工具嚴(yán)禁與清理其它金

6、屬的工具接觸。n7 焊接保護(hù)焊接保護(hù)n1 ） 鋯材質(zhì)管道焊接時(shí)應(yīng)溫度超過(guò)350的焊縫及熱影響區(qū)正反面進(jìn)行保護(hù)，通常反面采用充氬保護(hù)，正面采用拖罩及噴嘴進(jìn)行保護(hù)（根據(jù)管徑的大小選用不同尺寸的拖罩），各種形式的保護(hù)拖罩見(jiàn)圖1。2 ）焊接時(shí)盡量采用大直徑的噴嘴保護(hù)熔池，噴嘴的直徑一）焊接時(shí)盡量采用大直徑的噴嘴保護(hù)熔池，噴嘴的直徑一般取般取12mm25mm，噴出的氬氣應(yīng)保持穩(wěn)定的層流狀態(tài)，噴出的氬氣應(yīng)保持穩(wěn)定的層流狀態(tài)，且焊接時(shí)噴嘴距焊件的距離要盡可能小，以提高保護(hù)效果；且焊接時(shí)噴嘴距焊件的距離要盡可能小，以提高保護(hù)效果；3） 采用氬氣拖罩保護(hù)熱態(tài)焊縫及熱影響區(qū)，拖罩固定在焊炬噴嘴上，隨著焊炬一起移動(dòng)

7、進(jìn)行保護(hù)；拖罩形式應(yīng)根據(jù)管徑大小和壁厚制作不同長(zhǎng)度，隨著管徑和壁厚的增大拖罩相應(yīng)加長(zhǎng)加寬，拖罩寬一般為25mm60mm，長(zhǎng)為40mm100mm。8 焊接要點(diǎn)：1）鋯材焊接在焊縫內(nèi)引弧，每層、每道焊縫接頭處錯(cuò)開(kāi)50mm以上，根部焊縫盡量一次性連續(xù)焊接完。2）焊接時(shí)，采用回焊法，以減少起弧時(shí)，磁嘴處氬氣純度不夠造成的焊接缺陷；3 嚴(yán)格控制層間溫度，層間溫度不得高于100。4）在焊接鋯材金屬過(guò)程中焊工應(yīng)將焊絲的擺動(dòng)嚴(yán)格控制在最小范圍內(nèi)，將焊絲的端頭在焊接過(guò)程中全部時(shí)間均處于氣體保護(hù)中，用過(guò)焊絲繼續(xù)使用時(shí)，須將端頭剪掉。5 ）焊接完畢時(shí)，焊絲不要抽出，仍要置于氬氣的保護(hù)之下，直至完全冷卻；在正式焊接前的充氬時(shí)間為焊接不銹鋼時(shí)的510倍，確保把空氣置換干凈；6）對(duì)于焊縫，其熔敷焊道表面出現(xiàn)的缺陷應(yīng)在施焊下道焊道時(shí)去除，特別應(yīng)注意火口裂紋和熔痕。同時(shí)避免電弧在接頭外面的母材上造成劃痕。5 質(zhì)量控制質(zhì)量控制5.1 焊縫外觀成型良好，外型平滑過(guò)度，焊縫寬度以蓋過(guò)坡口邊緣2mm為宜，焊縫母材不得低于母材表面。5.2 焊縫表面不允許有裂紋、未熔合、氣孔、夾渣等雜質(zhì)。5.4 顏色檢查：焊接完畢，