鋯材焊接工藝指導書

鋯材焊接工藝指導書概述鋯是化學性質(zhì)非?；顫姷脑?，在高溫下極易與大氣中的各種氣體發(fā)生反應，耐腐蝕，在石油、化工、核能等行業(yè)都有使用。在鋯焊接時，焊縫和熱影響區(qū)易被空氣中的氧、氫、氮等元素污染，生成硬而脆的化合物，并產(chǎn)生脆性的針狀組織，使焊接接頭的硬度、強度升高，塑性下降，耐蝕性能也大幅下降。因此鋯焊接時應對熔池、焊縫和熱影響區(qū)進行充分的保護以完全隔絕空氣。鋯材的焊接一般用鎢極惰性氣體保護焊，其他的焊接方法包括：電子束焊、等離子弧焊和電阻焊等。它的焊接性能和鈦金屬焊接比較接近，由于鋯的熱膨脹系數(shù)和彈性模量小，因而焊接變形和焊縫殘余應力比較小。在不受污染的情況下，焊縫不易出現(xiàn)結(jié)晶裂紋和冷裂紋。錯在高溫下一般容易與大氣發(fā)生反應，在200°C就開始吸收氧，300°C吸收氫,400°C吸收氮，溫度越高反應的強度越劇烈。錯焊接的另一個主要問題就是焊縫容易過于軟化而導致焊件錯動，根部焊道容易燒穿，因此焊接鋯時，應合適地固定焊件并盡量采用雙面焊。除鈦、鈮、銀、釩之外，鋯不能和其它金屬直接焊接。焊材的選用與焊接環(huán)境要求2.1焊材的選擇鋯與鋯合金采用的鎢極氬弧焊焊接選用的焊絲一般與母材相同。其外觀必須光滑、圓整，不允許存在毛刺、皺皮、重疊、裂紋、孔隙等缺陷，必要時進行金相微觀檢查，不允許存在偏析、夾渣等缺陷。下表是常用鋯與鋯合金焊接推薦選用的焊絲。表1常用鋯與鋯合金焊接推薦選用的焊絲序號母材牌號(SB658)焊絲牌號(AWS)1R60702ERZr22R60704ERZr33R60705ERZr4環(huán)境要求設立專用的預制場地，同時焊接場所應保持清潔、干燥。環(huán)境溫度應大于5C焊接場所嚴禁有黑色金屬焊接、切割、打磨等工作?，F(xiàn)場焊接時應有防風，防雨措施，當風速大于0.5m/s,相對濕度大于80%,禁止施焊。準備人員從事鋯材施工的人員必須掌握鋯材的特殊物理性能和化學性能的知識，并在此基礎上正確從事鋯材的搬運、切割、組對等工作。焊件的坡口型式和組對在一般情況下坡口型式和尺寸的選用應重點考慮，遵守易于保證焊接接頭質(zhì)量，減少填充金屬量，便于操作和減少焊接變形等原則。當設計無規(guī)定時焊件的坡口型式和尺寸可參照圖1。0-2圖1鋯材焊接坡口型式3.3鋯材的清理鋯材管子切割前應核對材質(zhì)和規(guī)格，并做好材質(zhì)標記的移植工作。應使用無腐蝕的記號筆，嚴禁打鋼印。鋯材切割應使用機械方法，若使用等離子或砂輪切割，切割時管子轉(zhuǎn)動，使其始終處于最佳位置，采用等離子切割時應采取措施保護管子內(nèi)外表面，以防表面被火花灼傷，并用機械方法去除污染層。經(jīng)常清理工具上的污物，每次使用前應清潔，無任何雜物。鋯材管子無論用機械加工或鋸切后，還應使用銼刀修磨切口，然后用不銹鋼刷或電動不銹鋼絲輪等工具，進一步加工，使坡口表面平整光滑，無毛刺、凹坑、沙粒等缺陷。管子、管件最對過程中，不允許強力組對，嚴禁錘擊或劃傷材料表面。3.4定位焊由于鋯材焊接時液態(tài)金屬流動性特別好，管子坡口組對裝配時鈍邊、間隙應嚴格按工藝指導書規(guī)定，以免焊接時燒穿。管子管件定位焊的工藝措施及焊接材料應與正式焊接一致，點焊高度不得超過管壁厚的2/3，定位焊的焊縫不得有裂紋、氣孔或不允許存在的氧化變色等缺陷，否則應打磨。焊接4.1焊前清理鋯材的切割和坡口加工，可以采用機械方法，也可以采用氧-乙炔焰、等離子弧等熱切割方法，但熱切割會產(chǎn)生強烈的火煙，切口周邊材料被嚴重污染，必須打磨清除，造成浪費。因此在切割工件時，盡可能采用機械方法，如鋸、車、銑、鉆、刨等加工方法，配合水冷卻液降溫，避免溫升造成材料損傷。坡口周邊25mm內(nèi)外表面較厚的氧化膜，可使用銼刀、電磨、砂輪機進行清理。坡口表面應光潔，無毛刺、凹坑、殘存沙粒等缺陷，最后還應使用不銹鋼鋼絲刷仔細清理。加工使用的工具應為專用，保持清潔。加工產(chǎn)生的屑、沫堆積在空氣中會產(chǎn)生自燃，應存放在盛水的容器中。另外在加工完成的坡口周邊75mm范圍內(nèi)外表面，還應使用合適的溶劑（丙酮、酒精）擦洗，出去油脂、水分、灰塵，擦洗應采用干凈的海綿或白綢布，不得使用毛巾，棉紗。不允許帶橡膠手套。清洗過程中應反復擦拭焊件直到海綿上無污色為止。清洗好的焊件應立即焊接，焊件置放時間不得超過8h,否則應再次清理。填充焊絲使用前應用溶劑清除表面上的油脂，殘留潤滑劑和灰塵等污物，清理好的焊絲應放在干燥和干凈的場所保存焊接工藝參數(shù)見表1。表1鋯及鋯合金鎢極氬弧焊工藝參數(shù)母材厚度（mm）鎢極直徑（mm）焊絲直徑（mm）噴嘴孔徑（mm）焊接電流（A）氬氣流量（Lmin）焊速(m/h)備注噴嘴拖罩背面0.81?61.21045~558~106~8手工鎢極氬弧焊1.62.01.61050~608~1014~166~82.03.02.01260~708~1014~166~83.03.02.01495~12012~1416~1812~144.04.02.016140~15012~1416~1812~145.04.02~318~20165~17512~1416~1812~146.04.02~318~20165~18514~1616~1814~1612.04.03.018~20170~20018~202014~160.51?61.21040~508~106~840~50自動焊1.02.01.21260~708~106~838.41.63.01.61470~808~1014~166~838.44.3施工過程中應注意的事項(1)焊接用氣體為純氬，氬氣純度應達到99.99%，當瓶裝氬氣壓力低于0.1Mpa時，應停止使用。鎢極在施焊前應修磨成如圖2所示的形狀。圖2鎢極磨制的形狀鎢極氬弧焊電源采用直流正接。板材焊接時應盡可能在平焊位置。管材焊接時盡量采用轉(zhuǎn)動焊。當母材溫度低于15°C時，應對母材進行預熱，預熱溫度為20°C左右，焊接時層間溫度應控制在100C以下。(6)鎢極氬弧焊采用高頻引弧和熄弧電流衰減措施，注意引弧和收弧質(zhì)量。在起弧之前，先給焊槍送幾秒鐘的氣體(拖尾保護送氣時間可長些時間)，熄弧應通過電流衰減來完成，在終止電流之后，焊矩應繼續(xù)保持在焊接熔池之上，直到金屬冷卻，拖尾和背面保護送氣應繼續(xù)進行，直到焊縫和熱影響區(qū)冷卻到300C以下為止。如果送氣時間不夠，焊縫將是淡黃色或藍顏色。(7)對于手工送絲來說，焊絲應連續(xù)地送入熔池。斷續(xù)送絲可能導致從保護的惰性氣體中得出熱焊絲端頭，如果焊絲不注意從保護的惰性氣體中取出，則該端頭應剪去25mm左右清除污染的金屬，才能繼續(xù)施焊。(8)如果熔敷焊縫金屬呈銀白色，則不要求層間清洗，淡黃色或淡藍色應使用干凈的奧氏體不銹鋼刷擦去。在繼續(xù)進行焊接之前，污染的焊縫應采用打磨和仔細的清洗法全部擦去。對污染嚴重的焊縫必須鏟除干凈，并進行必要的修復方可進行下一步焊接工作。(9)保護裝置及拖罩的結(jié)構(gòu)和尺寸應根據(jù)接頭形式和構(gòu)件尺寸確定。用導熱性能較好的材料制成，形狀宜與焊件邊緣相似并能夠貼近焊件表面。(10)應用獨立的氣路提供各區(qū)域的保護氣體，保護氣輸送時應保持均勻，非絮流并不相互干擾，氣路中不允許殘留水分和任何泄漏，氣路管道不允許采用橡膠管或其他吸潮材料管子。(11)焊接過程中，若鎢極碰觸焊絲或焊縫，應停止焊接，鏟除污染的焊肉、修磨或更換鎢極。(12)若需雙面焊接時，應采用機械方法清除焊根，直至顯露出沒有任何缺陷的焊縫金屬。4.4焊縫背面及焊接區(qū)域高于300C以上的部位保護的方式管道焊縫背面氣體保護一般采用管堵造成密閉氣室，管堵應留有進氣孔和出氣孔，以便進氣和排氣，管堵應與內(nèi)壁貼合無縫隙，并盡量將焊接時高于300C區(qū)域焊縫區(qū)域全部包括，具體形式見下圖3。板對接焊縫背面氣體保護采用墊板，具體結(jié)構(gòu)形式見下圖4。圖3堵管形成保護氣體小室圖4板對接焊縫背面保護4.5焊縫后拖保護裝置焊縫后拖保護一般采用拖罩，小型輕便拖罩可以和焊槍連在一起，焊接時可以直接起到保護作用，也可由另外一個人單獨手持拖罩跟蹤操作保護。拖罩應由導熱性能好的材料制成，如銅、鋁等，拖罩的形狀、尺寸、曲率半徑應根據(jù)管徑、焊口形式制作，不得有縫隙，四周應圓滑。必要時罩內(nèi)可增加通水冷卻散熱，具體形式見下圖5。圖5焊縫后拖保護裝置鋯管焊接實例（1）坡口形式。如圖6。水平界功 朮晉固定圖6鋯管焊接坡口圖7焊槍噴嘴的保護（2）焊接電源。北京時代鎢極脈沖氬弧焊機，該焊機具有高頻引弧，電流衰減及提前送氣和延時斷氣等功能。焊接時采用直流正接方式。焊接用電極為p2.4鈰鎢極，鋯焊接時，電極伸出過長，會影響主保護效果，在不影響觀察熔池的情況下，電極伸出應盡量縮短，電極伸長限制在12mm以下。電弧長度約為2mm左右。噴嘴可用輔助保護氣體進行相關的保護，見圖7。主噴嘴直徑大小將直接影響熔池金屬保護效果。分別采用p12mm,p18mm和p30mm內(nèi)徑的噴嘴在鋯板上進行點焊試驗，發(fā)現(xiàn)p18mm比p12mm噴嘴對熔池保護的范圍要大，

夾頭蟲％進□1夾頭蟲％進□1那在歷離5"1Omm效果也好，當進一步增大到屮30mm時，影響不大。最后采用噴嘴內(nèi)徑為p18mm。為了使保護氣體分布均勻和形成層流形式，在噴嘴內(nèi)設置了兩層80目鐵絲網(wǎng)。(3)熱態(tài)焊縫和鄰近母材的保護裝置。在熔池之后的熱態(tài)焊縫和鄰近的母材需要用輔助的氣體保護裝置進行保護。保護裝置設計不僅要能夠達到良好的保護，而且要方便操作，這是鋯焊接的技術訣竅之一，如圖8。圖8焊接管道尾部拖罩保護圖焊接電流。鋯熔點比鈦高，焊接電流相應要高。由于鋯焊接速度很快，電流如果小，焊絲熔化不開，焊道成形會較差，往往會造成未熔合缺陷。此外，提高電流也有利于氣體從熔池中逸出，減少焊縫中氣孔形成傾向。但電流過大，焊縫在高溫階段停留時間過長，給保護帶來困難，焊縫和熱影響區(qū)晶粒也變大。焊接速度。焊接速度是關系到施焊區(qū)是否會變色的關鍵因素，應根據(jù)保護效果選擇合適的焊接速度。層間溫度。層間溫度高，焊縫冷卻速度就會慢，焊縫氧化的可能性增大°90°C以下層間溫度對焊縫表面顏色沒有明顯的影響，超過100C層間溫度時，焊縫表面有微黃出現(xiàn)。為此中層間溫度限制在90C以下。表2為鋯管焊接實例焊接工藝參數(shù)。表2鋯管焊接工藝參數(shù)管子及焊接位置層次焊絲直徑(mm)焊接電流(A)氬氣流量(L/min)噴嘴側(cè)保護背面p48X3.5水平轉(zhuǎn)動1p1.690?10010~1265~708~182p2.4100?12010~1265~7010~18p48X3.5水平固定1p1.680?9010~1265~708~182p2.4100~11010~1265~7018p114X5.9水平轉(zhuǎn)動1p2.4140~15010~1275~8012~262p3.2160?17010~1275~80263p3.2180~19010~1275~8026p114X5.9水平固定1p2.4130~14010~1275~8012~262p3.2150~16010~1275~80263p3.2150~16010~1275~8026焊后質(zhì)量檢驗鋯焊縫可采用液體滲透探傷、X射線進行檢驗，應沒有裂紋、咬邊、未焊透和超標的氣孔存在。暴露在空氣中的鋯，在不同的溫度下，表面將形成ZrO或Zr2O3或ZrO2等氧化膜，從而呈現(xiàn)不同的表面顏色，如表面形成氧化膜很薄，用不銹鋼絲刷清除即可，對性能影響不大。從深藍色到灰白或白粉末狀則表明焊縫金屬受到嚴重的污染，必須全部鏟掉焊縫金屬和臨近的母材。對于焊縫表面的顏色，比如銀白色僅僅是拖尾保護有效性的一種顯示，而不能保證焊矩保護是適當?shù)?。淡黃到淡藍色通常表示焊縫保護溫度低于約538°C，這種顏色在繼續(xù)進行焊接之前必須用鋼絲刷刷去。下面的顏色表示污染程度增加：淡黃色深黃色表面氧化皮：用鋼絲刷刷去淡藍色深藍色金屬污染灰藍色采用打磨除去并補焊灰色白色（松散的附著物）一般的說，一直到淡藍色的顏色可以用鋼絲刷來除去。深藍色的顏色一般表示污染程度比較嚴重。如果想要使焊縫獲得一個有效的延展性，必須打磨掉焊縫污染的表面及金屬相鄰的區(qū)域并補焊?；疑虬咨呛妇婊蛲衔脖Ｗo失效的一種顯示，而且必須除去。表面顏色僅僅給出了表面氧化層的厚度，但由于鋯氧化層在高溫下（超過649C）被金屬熔解掉，厚的氧化層是焊縫本身受到污染的一種很好的顯示。（3）焊炬保護。建議用取掉附加保護氣體試驗來檢查焊炬保護。這種檢驗應在每個工作日的開始和焊接期間定期地進行。在一塊干凈的廢的鋯材上起弧，并穩(wěn)定地保持電弧直到小的熔池在焊炬噴咀下形成為止。然后通過降低電流或開關來熄弧，熄弧之后焊炬保持不動直到熔池冷卻為止。焊炬氣體中來自空氣或漏水的雜質(zhì)，或不純或干擾的保護氣體將會導致熱影響區(qū)變色。（4） 彎曲試驗。檢驗延展性的一種簡單的彎曲試驗，在焊縫污染的檢驗中也是有效的。雖然可以采用面彎和背彎等復雜的方法，也可加工一條兩個鋯窄條之間簡單的對接焊縫，然后將