烟囱钢内筒钛-钢复合板焊接浅析
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作者: 代巍 武新安 贾敬杰
摘要：钛-钢复合板：用爆炸或爆炸-轧制方法使钛(复材)与普通钢(基材)达到冶金结合的金属复合板。目前，电力建设中烟囱内筒基本采用钛-钢复合板设计方案。本文对钛-钢复合板加工、焊接时存在的难度和特殊性比较全面地叙述。分析了焊接产生的缺陷和处理方法，对坡口形式、焊材选择、气体保护措施及清洁措施进行了详细说明。
关键词：烟囱；钢内筒；钛-钢复合板；焊接
中图分类号：TQ320.67+4文献标识码:A
1工程背景概况
河南神火发电有限公司2x600MW级超临界机组工程烟囱设计为240/2φ6.8m双钢内筒钢筋混凝土套筒式烟囱，钢筋混凝土筒壁出口外直径18.0m，两个钢内筒总重1210.2吨，一期先施工西侧单筒。内筒材料采用爆炸-轧制钛-钢复合板（BR2），厚度取三种：16+1.2 mm、12+1.2mm、10+1.2mm。
2材料要求及焊前准备
2.1.材料要求
（1）钢复合板及其配套的焊接材料，必须具有质量证明文件；
（2）钛钢复合板应符合GB/T 8547-2006 BR1级、钛焊丝应符合GB/T 3623-2007之规定；
（3）焊接用的氩气应符合GB/T 4842的规定；
（4）钨极直流氩弧焊接时，推荐采用钨铈电极，直径为Φ3mm，其质量应符合GB4191的规定。
2.2.焊前准备
（1）进入施工现场的复合板完全能够满足现场卷制、焊接的要求；
（2）钛贴条焊接前，钛复层的坡口区应清洗，确保没有污染。如果加工的坡口被污染，必须用丙酮进行清洗或用机械方法（可用角向砂轮机，选用不锈钢丝轮、刮刀）加以清理，再用洁净白布蘸丙酮擦洗，清洁范围离焊边至少为50mm；
（3）钛（TA2）贴条焊接前要进行酸洗，若暂时不用应妥善保管，确保不被污染；
（4）钛复合板焊接按照GB/T 13149-2009《钛及钛合金复合钢板焊接技术条件》执行。
3资质要求及焊接工艺
3.1.焊工资质
焊接操作人员必须具有相应的资质，焊工的施焊应与其资格证书核准的项目相符。
3.2.焊接工艺评定
试板焊接按JB 4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》进行工艺评定，
施工方在首次焊接前或焊接条件发生重大变化时，应重新进行焊接工艺评定。
3.3.钛贴条焊接
对于钛贴条焊接，采用尽可能小的线能量。钛材的传热速度相对比较慢，而在连续焊接过程中，较高温度的焊缝及热影响区则必然暴露于空气中．这时钛表面就会被迅速氧化。为了避免氧化，钛材焊接时应使用氩气保护拖罩，确保熔池及热影响区始终处于氩气保护中。钛贴条焊接工艺参数如下表。
手工钨级氩弧焊工艺参数：
4焊接关键控制点
4.1.定位焊缝不应有裂纹、气孔、夹钨等缺陷，否则应清除重新进行焊接；
4.2.焊接过程确保焊丝不被氧化，息弧后，焊丝红热端头必须在喷嘴有效保护区内停留至少1分钟，焊丝呈银白色，方可移开；
4.3.焊接过程中应特别防止铁离子污染焊缝区。若出现熔深过大，可能产生焊缝熔化金属与钢的互熔时，应立即停止焊接，查明原因；
4.4.焊接施工时，尽量减少停顿次数，焊缝成型应光滑、均匀，不得有气孔、凹坑、咬边、氧化等缺陷。
5焊接质量检验
5.1.质检人员资质
焊接质量检验人员应经必要的技术培训，能正确掌握焊缝质量评定标准，而无损检测人员则必须持有有效的国家法定机构颁发的资格证书；
5.2.焊缝外观质量检测
可用目测对焊缝外形尺寸及表面质量进行检查，允许成形后焊缝金属高于贴条，但不宜超高0.5mm，外观检查率要求为100％；
焊缝布局及外形尺寸应符合设计要求；
焊缝成型应均匀、致密、光滑向母材过渡，不得有裂纹、气孔、夹钨、未熔合以及咬边、弧坑等缺陷，经清除缺陷后的焊缝表面不得低于母材表面，否则要进行补焊处理；
5.3.钛焊缝区表面颜色检查
由于电厂烟囱用钛/钢复合板焊接现场的施工条件所限，钛焊缝和热影响区表面的颜色以白色、淡黄色、淡蓝色为合格，允许出现不超过单条焊缝总长度20％的深黄、深蓝或紫蓝色，但对于焊缝表面呈灰色或有白色粉状物，则必须进行返修。各种热影响区颜色对应焊缝质量判定及处理方法如下表所示：
5.4.无损检测
钢焊缝射线检测按GB/T 3323或JB/T 4730.2-2005规定的方法进行，钛复层焊缝按JB/T 4730.5规定的方法进行渗透检测。
6焊接缺陷修复及施工注意事项
6.1.焊接缺陷修复
对于焊缝缺陷进行修复时，应首先对缺陷进行角磨机（Φ100mm）修磨清理，再用白布蘸丙酮进行擦洗清理，清理完成后再进行返修补焊，返修部位、返修过程应记入质量档案。同一部位的返修次数不得超过2次，修复方案必须得到质量监督方的认可。
6.2.施工注意事项
①在卷制过程中应避免钛材表面的机械损伤，可将卷板机滚轴用软质材料包扎，施工现场可利用供货商的复合板包装的塑料薄膜包扎卷板机滚轴，如有局部伤痕、刻槽等影响耐腐蚀性的缺陷，可以修磨，但修磨后钛材的厚度（指复合板钛板厚度）不应小于允许的最小厚度，超出以上要求可采用补焊修复；
②现场施工时若发生复合板钛表面局部损伤，对于划伤类缺陷，当深度≤0.2mm时，用100＃千页轮抛光，深度为0.2～0.8mm时，局部表面处理后，用钛焊丝堆焊后表面处理平整，若≥1.0mm时，用1.6mm钛板封盖缺陷后，四周封焊；
③现场施工过程中因强力碰撞等以外因素而导致复合板局部钛面和钢面分层时，采用钛铆钉机械螺纹连接，钛铆钉与复层钛面焊接，之后再用1.6mm钛板整体封盖，四周焊接；
④钛材打磨宜用橡胶或尼龙掺合氧化铝的砂轮，不应用打磨过钢材的砂轮，且打磨时不应出现过热色泽；
⑤筒体焊缝处衬钛条前，应将对接焊缝内表面打磨平滑，不应有凸台或棱角以及影响衬里的其它缺陷，表面应保持光洁、干净；
⑥在进行衬钛条时，应加强对其表面的保护，严防钢制胎具和工装夹具等将钛衬里表面拉毛、划伤和刻槽，且不应用铁锤敲击钛衬里表面；
⑦在钛板层不得焊接临时固定件；
⑧钛和钢等许多金属不能熔焊、钛在熔焊中严禁混入钢铁和其它金属；
⑨在钛钢复合板基层（Q235B）焊接临时夹具或焊接永久性加固筋时，应控制层间温度在400℃以下，避免钛层氧化，一般采取焊接弱规范，即小电流、快焊速，不至于焊接热输入过大致使复层钛氧化，必要时可采取铜垫板冷却；
⑩一根焊丝在焊接时，如遇中间停焊，应将受热焊丝的端部剪除10-20mm（因焊丝端部已在400℃以上暴露在大气中）氧化金属，再重新焊接。
7焊接环境要求
焊接环境应符合下述要求：
风速：气体保护焊时不应大于2m/s，其他焊接方法不应大于10m/s； 环境相对湿度不大于90%； 施焊时应有防风、防雨、防暴晒等设施；焊件温度低于0℃时，应在始焊处80mm范围内进行预热，预热温度不低于15℃； 焊接环境应清洁明亮，无灰尘、烟雾等。
8结语
总而言之，对钛-钢复合板焊接工艺技术的大规模应用，有助于实现对整个行业的有效推动，从工艺操作的细微处入手，彻底落实对关键工作的有效控制。以充足的焊前准备、规范的操作程序、严格工艺要求，实现对高标准、高质量焊接工艺的层层落实。
参考文献：
[1]张翥,王群骄,莫畏.钛的金属学和热处理[M].冶金工业出版社,2009.09
[2]屠振密,李宁,朱永明.钛及钛合金表面处理技术和应用[M].国防工业出版社,2010.11
[3] 中国标准出版社.钢铁及合金-钛含量的测定:二安替比林甲烷分光光度法[M].中国标准出版社,2009.12
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