3．2试板坡口形式
由于焊接层数的增多，焊缝的累积吸气量就会增加，对接头的塑性影响较大。因此，坡口尺寸的制定原则为尽量减少焊接层数和焊缝金属填充量。
3．3焊件和焊丝的清洗
钛板表面的氧化物及其他脏物，在焊接高温下会严重污染焊接接头，并使焊缝产生气孔，因此在焊接前必须严格清洗。化学清洗液成分为：350毫升盐酸，60毫升硝酸，50克氟化钠，其余为水。酸洗前，首先用丙酮擦去油污等脏物，然后放人酸洗液中约2～3分钟，并用白布擦拭。从酸洗液中取出后，用清水冲洗晾干。组对好的坡口如不及时焊接，应用塑料布覆盖，以防灰尘落入。焊接材料用同样方法进行清洗，并放在烘箱内，保持150℃～200℃随取随用。
3．4铁离子污染检验
如果钛被铁污染，当接触介质时，铁和钛组成腐蚀电池，并在腐蚀处引起氢脆破裂，因此对于化工防腐设备使用钛材对铁含量有严格规定，同时铁溶于焊缝，还会形成铁钛脆性化合物。因此焊接试板在清洗后进行了铁离子检验。所用铁锈指示剂的配方为3克铁氰化钾，36％～38％盐酸10毫升，蒸馏水85毫升。用该指示剂在坡口及其附近检查，没有发现铁污染。
4焊接工艺试验
对焊接工艺规范参数进行认真选择，是保证钛板焊接质量的前提。影响因素主要有：保护条件和焊接规范。
4．1焊接保护效果的试验
4．1．1喷嘴流量选择
手工钨极氩弧焊嘴直径为16mm，由于喷嘴的气流直接对焊接熔池进行保护。因此它的保护效果是影响焊缝质量的重要因素。在焊枪结构固定以后，涉及保护效果的主要有喷嘴距工件距离和喷嘴流量。由于喷嘴距工件的距离增大会使空气侵入熔池的可能性增加，因此在不影响焊接可见度和方便填充焊丝的情况下，这个距离应尽量小，一般为8～10mm。在给定的条件下用测定阴极雾化区的大小试验了氩气流量对保护效果的影响。当喷嘴流量在700～900升／时保护区最大，当流量超过1200升／时保护效果反而变差。
4．1．2喷嘴、拖罩以及背面保护气流的匹配
试验时发现当拖罩的流量不足时，焊接接头出现不同的氧化颜色，如果流量太大，会影响对熔池的保护，在焊缝表面会出现不同色彩的相干条纹。当正面焊第一道时，背面氩气如果很大，也会对正面的保护有影响。因此喷嘴、拖罩的流量要有很好地匹配，背面的气流不能太大。通过试验拖罩取1500升／时，背面为700升／时，这种保护条件下，所焊焊缝为银白色。
4．2焊接规范参数选择
手工钨极氩弧焊焊接钛板，焊接规范参数主要考虑焊接电流和焊接速度。由于焊接时既要顾及拖罩的保护效果，还要填充焊丝，因此焊速不能太快。这样焊接电流是主要选择参数。当焊接速度在6m／时左右时，分别用150安、180安、210安、250安电流在6mm的板上熔焊，发现电流在小范围内变化对熔深影响不显著，而对熔宽有较大影响。电流太小熔深浅，焊工操作疲劳。电流太大，高温停留时间长，焊缝晶粒粗大，热影响区保护变差。
4．3焊缝颜色对接头性能影响
钛焊接时如果保护不好，焊缝表面会出现浅黄色、蓝色、深蓝色以及灰色等色彩。焊缝颜色能直观反应焊缝的性能。对表面不同颜色的焊缝做冷弯试验，其结果如表2。试验过程中发现，将表面为蓝色的焊缝再重熔一次，焊缝还可变为银白色，冷弯角相应有所提高。特别是当正面焊缝表面有氧化颜色时，再焊反面焊缝后，在背面氩气保护下，先焊的焊缝也可变为银白色或颜色减轻。这是由于表面的吸气层在焊接高温下，向内部扩散，使表面改变了颜色。在试验过程中还发现，如果焊接熔池保护不好，焊缝内部形成了大量氢、氮、氧化合物，即使再熔焊。焊缝的塑性还是很差。因此，焊接钛时，喷嘴气体对熔池的可靠保护尤为重要。
4．4钛衬里接头焊接试验
该焊缝不能进行透视检查，要保证焊接质量，其坡口角度和装配间隙很重要。当间隙和角度太小时不利于施焊，不容易焊透。当间隙和角度太大，填充金属多，焊接层数增加，焊缝累积吸气量增加，对塑性影响较大。焊接两道，第一道电流160安，焊速6m／时，第二道电流180安，焊速6m／时。焊后表面着色检查没有任何缺陷，经解剖，焊透性较好。试样做冷弯试验120微裂。试板在焊接过程中，发现层间温度不能高，否则热影响区氧化严重，一般应冷至60℃以下再焊第二道。
5焊接质量检验
5．1焊缝化学成分和焊接接头性能
（1）试验结果表明，焊缝的化学成分及钛板焊后的机械性能均满足要求。
（2）焊缝的组织为α相，有少量α′相，没有发现γ相，晶粒有显著长大。
（3）焊接接头经X光探伤Ⅰ级，表面着色检查没有缺陷。
5．2焊接接头的耐腐蚀检验
按GB／T4334．4—2000要求制备试样，对焊接接头做65％硝酸腐蚀试验，并与母材作了对比试验，焊接接头的耐蚀性不低于母材，证明制定的焊接工艺是合理可行的。
6焊接纯钛时的问题讨论
6．1气孔问题
一般认为钛焊缝中的气孔主要由氢气引起。氢的来源是多方面的。在开始焊接钛板时，没有填充焊丝焊接，焊道中出现较多的气孔。后填充焊丝进行焊接，消除了气孔。当焊接时不填充焊丝熔化焊时，由于母料熔化量较多，焊接时容易产生气孔；采用小电流焊接同样出现了气孔，增加电流时，消除了气孔。因此焊接钛板一方面要严格清除油污脏物，另一方面要控制焊材和母材的含氢量，以及适当调节焊接规范。
6．2焊缝的α′组织和晶粒粗大问题
金相检查焊缝有少量α′组织，α′的介稳定组织是在冷速较快的情况下产生的。而焊缝的晶粒比较粗大，粗大的晶粒是在高温下停留时间长而引起的。上述结果似乎与焊接热输入量相矛盾。这种情况的出现与钛的物理性能有关。工业纯钛由α相向β相转变，其转变温度（885℃）到其熔化温度（1668℃），温度范围比较大，β相在高温停留的时间相对变长，因此晶粒容易长大。但到相变点以后的冷速还是比较大，所以产生了少量的α′的组织。因此要克服α′相，降低相变点的冷速是非常必要的。
6．3关于焊缝的性能与气体含量的关系
试验过程中看到，焊缝表面的颜色较深时，冷弯角就降低，硬度也升高。但当再熔化一次后，表面颜色变浅，甚至成为银白色。冷弯角相应的有所提高。这是由于表层被严重污染后，富集了气体，富集区的塑性很低，因此冷弯时容易从该处开裂。而当再次加热时，表面富集的气体就会向内部扩散，从而降低了脆性区高的气体含量，性能有所改善。但是内部的硬度有所提高。对于可以允许加工的厚零件焊接时，表面的污染可以在随后的加工过程中去除掉，不影响质量。
参考文献
［1］压力容器制造与修理［M］．北京：化学工业出版社．2004
［2］李亚江，王娟，刘强．有色金属焊接及应用［M］．北京：化学工业出版社．2006
［3］中国机械工程学会焊接学会．焊接手册第二册——材料的焊接（2版）［M］．机械工业出版社，200l
［4］张文钺．焊接冶金学［M］．机械工业出版社，1992
作者简介：
张建晓，男，1971年9月20日出生。1996年7月毕业于甘肃工业大学，工程硕士，主要从事压力容器的焊接及焊接设备的研究工作。通讯地址：兰州兰石机械设备有限责任公司炼化公司技术部；邮编：730050：电话：0931—2335737。
254SMo不锈热强钢焊接问题及其对策
裴跃成
（兰州兰石实业开发有限责任公司 兰州 730050）
摘要：本文主要介绍254SMo不锈热强钢的化学成分、机械性能、使用环境、焊接性分析、焊接工艺的确定，以及254SMo焊接会出现热裂纹、延迟裂纹、多边化裂纹、脆化相倾向、易产生气孔、易产生较大变形等问题，焊接工艺评定中的焊接材料匹配、层间温度、焊接坡口、运条经验、组焊顺序和焊接方向、严格清理焊缝区的油污和脏物等措施，确定了该种钢的焊接要点：收弧填满弧坑、丙酮清洗油污、表面用胶皮防护、焊条严格烘烤并随取随用及采用评定用的焊条和焊接规范参数等，为该种钢的产品制造奠定了一定的技术基础。
关键词：焊接问题 工艺措施
1 254SMo的性能简介
254SMo不锈热强钢是瑞典阿维斯塔谢菲尔德公司生产的一种高含Mo量的不锈钢，该钢的组织为单一奥氏体，它的化学成分％：C≤0．02、Si≤0．8、Mn≤1．0、S≤0．01、P≤0．03、Crl9．5～20．5、Nil7．5～18．5、Cu0．5～1．0、Mo5．0～7．0。机械性能：板厚mm6～16、σbMPa≥650、σ0．2MPa≥300、δs％≥35、AKv／J≥120、HB≤210。此种钢在卤化物酸类中具有优良的抗均匀腐蚀及应力腐蚀的能力。在这些介中该钢常用来代替昂贵的镍基合金和钛合金。由于该钢含有较高的Cr、Ni和Mo元素，还具有很好的热强性，常用于高温耐腐蚀的环境如在冶铅高温烟筒中选用了此材料。为此我们根据产品结构对254SMo不锈热强钢进行了一系列的焊接工艺试验。
2 254SMo焊接出现的问题
因254SMo钢含有较多的Cr、Ni、Mo等元素，属高合金奥氏体不锈钢，焊接时容易出现以下问题。
2．1焊接接头容易出现热裂纹
该钢为单项奥氏体钢。焊接高温下，焊缝柱状晶方向强，冷却结晶过程中有利于低熔点杂质偏析及晶间液态夹层的形成，再加上奥氏体热导率低，线膨胀系数大，焊接区冷却降温期间，会产生较大变形，必然产生较大内应力。由于以上两个主要原因，因此焊接254SMo不锈热强钢时容易出现热裂纹。
2．2焊缝还常出现多边化裂纹
焊接254SMo不锈热强钢，目前常用的焊条或焊丝多为含Ni量在60％以上的镍基合金焊接材料，用该类焊接材料，虽能使焊缝的耐蚀和耐热性能达到母材的水平，但焊缝常会出现多边化裂纹。多边化裂纹为结晶的空穴聚集而成，一般表现为微裂纹，严重时也会发展为较宽的裂纹。
2．3焊缝易产生气孔
镍基合金的焊缝由于固液相温度间距小，流动性偏低，黏度大。在快速结晶的条件下，焊缝中的气体不易排出，因此极易产生气孔，严重影响焊缝质量。
2．4焊缝有产生脆化相倾向