隨著國家強制達標(biāo)排放的實施，越來越多的火電廠開始配備濕法脫硫裝置，濕煙氣有強烈的腐蝕性，而原煙囪無法滿足抗腐蝕要求。純鈦板因具有良好的抗蝕性而成為煙囪內(nèi)筒材料的首選。在焊接過程中，鈦板焊縫、熱影響區(qū)在焊接熱循環(huán)的影響下，機械性能和抗腐蝕性能等均會發(fā)生變化。本文以生產(chǎn)中被廣泛使用的TA2鈦板為對象，研究不同焊接條件下鈦板的機械性能及抗腐蝕性能的變化。

１、試驗材料及試驗方法

試驗材料用１.６mm厚的TA2純鈦板，化學(xué)成分及物理性能見表１。配套焊材為TA2焊絲，其化學(xué)成分及機械性能符合GB/T3623-2007《鈦及鈦合金絲》的要求[1]。

試驗中的焊機選用瑞典伊薩公司TIG400型焊機，焊接工藝參數(shù)見表２。焊接氣體采用純度不低于99.99％的純氬氣。

焊接試件采用光學(xué)奧林帕斯顯微鏡進行微觀組織分析，耐蝕性能采用浸泡失重法進行分析，浸泡失重測試采用的試樣包含焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材。

為了更加真實地反映焊接件在實際工況下的耐腐蝕情況，焊接的正面與背面未經(jīng)打磨，均保持原表面狀態(tài)，側(cè)面用5000目碳化硅砂紙打磨。浸泡所用溶液為模擬冷凝液，浸泡試驗依據(jù)JB/T 7901-2001《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》和ASTMＧ31-72-2004《Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals》進行。

２、試驗結(jié)果與分析

2.1　拉伸試驗

焊接后的＃１，＃２，＃３試板正面呈現(xiàn)金黃色，背面呈淺灰色，顯示了較好的焊接質(zhì)量，這是由于采用了脈沖方法，降低了焊接熱輸入量；而＃４試板正面呈金黃色，背面呈深灰色，這是由于熱輸入量過大，造成焊縫背面氧化。

純鈦焊件的力學(xué)性能測試依據(jù)JB4744-2000《鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能檢驗》進行，每種焊接工藝分別取２個平行樣，為保證拉伸試驗更加客觀，對薄板搭接頭也進行了拉伸試驗，取樣方向為沿焊縫方向。試驗結(jié)果見表３。結(jié)果表明，４種焊件的抗拉強度與母材相當(dāng)，斷裂部位均位于焊縫，這可能是由于焊縫區(qū)存在一定的缺陷且塑性較差而導(dǎo)致。焊縫斷裂前均有一定程度的塑性變形，說明焊縫區(qū)試樣仍具有一定的塑性。另外，４種搭接焊件拉伸測試的最大力也相近，說明試件力學(xué)性能差異不大。

進一步分析４種焊接工藝試樣金相組織，如圖１所示，與母材相比，焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的組織粗大，尤其是焊縫區(qū)，具有粗大的柱狀晶組織，這是由于焊接過程中焊縫和熱影響區(qū)經(jīng)歷了焊接熱循環(huán)過程，造成晶粒長大。相比而言，#3和#3試板焊縫的晶粒粗大區(qū)較小，這是由于采用了脈沖焊接法，電流均值變小導(dǎo)致熱輸入量變小。

#4試板的晶粒區(qū)域最大，這說明＃２和＃３焊接工藝的焊接熱輸入量小，而＃４的焊接工藝的焊接熱輸入量最大。

2.2　浸泡試驗結(jié)果及分析

浸泡失重試驗只選用表２中的前３種工藝，每種工藝選用２塊試樣，試驗數(shù)據(jù)見表４。從表４可以看出，浸泡２個月后，試板幾乎沒有失重，這可能是２種原因造成：一種是由于試樣的正面、背面為焊接的原始狀態(tài)，表面具有相對較厚的氧化膜，保護了內(nèi)部金屬的進一步溶解，所以試板幾乎無失重；另一種是由于在浸泡過程中生成了氧化膜，根據(jù)ASTM標(biāo)準，金屬鈦表面的氧化膜與基體結(jié)合非常牢固，很難用常規(guī)的化學(xué)或機械－化學(xué)方法去除，因此浸泡實驗會使金屬鈦增重，就本實驗而言，可能是試板生成氧化膜導(dǎo)致的增重與浸泡初期鈦溶解導(dǎo)致的失重相當(dāng)，使試板浸泡１個月后質(zhì)量幾乎不變。該實驗表明，焊接件的母材區(qū)、熱影響區(qū)和焊縫區(qū)均具有良好的耐蝕性。

３、結(jié)論

1）鈦板在脈沖氬弧焊條件下焊接性良好，機械性能滿足技術(shù)條件要求。接頭在焊接熱循環(huán)的作用下會發(fā)生晶粒長大。

2）接頭抗腐蝕性能良好，焊接對接頭耐腐蝕性能影響不大，接頭與母材一樣可滿足技術(shù)條件要求。

參考文獻：

[1] 鈦及鈦合金絲：GB/T 3623-2007. 

[2] 金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法：JB/T 7901-2001[S].

[3] Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals：ASTMG31-72-2004[S].  

[4] 鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能檢驗：JB4744-2000[S]. 

[5] 高福洋，廖志謙，李文亞．鈦及鈦合金焊接方法與研究現(xiàn)狀［Ｊ］．航空制造技術(shù)，2012（23）：86－90．

[6] 穆春艷．不同焊接工藝下TC4鈦合金焊接接頭的晶粒尺寸和微觀組織變化[J]．鑄造技術(shù)，2015，36（5）：1267-1269.

[7] 韋生，費東，田雷，等．鈦及鈦合金焊接工藝探討[J]．焊接技術(shù)，2013（4）：79－81．

作者簡介：

王鳳蛟（1968—），男，黑龍江木蘭人，高級工程師，從事火力發(fā)電廠生產(chǎn)技術(shù)研究工作（E_mail：hdwfj＠sina.cn）。

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