1、焊接工藝設計

TA2鈦管焊接工藝通常包括以下內容：

（1）確定焊接工藝實施條件：鈦管用途、現場焊接條件及一些技術要求。

（2）確定焊接試驗鈦管：包括牌號、直徑、壁厚、化學成分、力學性能等。

（3）選定焊接材料和焊接設備：包括焊絲的牌號、直徑，保護氣體純度，焊接設備型號。

（4）焊接接頭設計：包括坡口形式、鈍邊、坡口角度、間隙、焊接層數等。

（5）焊前準備：包括焊前清理、定位方式等。

（6）確定工藝要求：如焊接方法、層間溫度、焊接速度、焊接電流電壓、氣體保護時間等。

（7）確定焊接質量檢驗方法：根據焊接后鈦管的服役環境所要求的相關性能指標，參考相應標準制定焊縫外觀檢查及無損檢驗要求與方法，設計焊接接頭試驗項目及要求。

（8）確定焊接缺陷返修工藝：確定合理的返修工藝，保證返修后鈦管的質量。

2、焊接接頭性能研究

焊接接頭的性能決定了焊后的鈦管能否在特定工作環境中安全服役。 氣孔、裂紋、未焊透以及夾雜是焊接TA2鈦管的常見缺陷，這些缺陷的存在在極大降低了焊接接頭的性能。合理的焊接工藝可以有效避免這些焊接缺陷。目前，無損檢驗以及斷口分析是探究是否存在這些焊接缺陷，判斷焊接工藝是否合理的重要方法。焊接是一個復雜的冶金過程，在焊接后焊接接頭的力學性能不可避免地發生變化。若焊接接頭的力學性能達不到要求，往往會導致嚴重的安全事故。所以，在保證沒有焊接缺陷的基礎上，還需要研究 TIG 焊后的焊接接頭的力學性能。目前，通常采用拉伸試驗測試焊接接頭的強度；通過硬度、彎曲試驗分析材料的塑性、韌性；通過對斷口分析判斷焊接接頭的斷裂方式。此外，對焊接接頭的金相組織進行觀察，從微觀組織出發可分析焊接接頭區域發生性能變化的原因。

為了加強對焊接質量的控制，許多國家都制定了相關的焊接質量評定的標準。如我國提出了 GB/T12467~12469-90《焊接質量保證》，GB 2649-1989《焊接接頭機械性能試驗取樣方法》，GB 2651-1989《焊接接頭拉伸試驗方法等相應標準》等焊接質量評定標準；英國標準協會在 1980 年提出了 BSI—PD6493 《焊接缺陷驗收標準若干方法指南》；美國機械工程師協會制定了 ASME IX《焊接和釬焊評定標準》。這些標準從質量控制標準、合于使用的標準等角度，為各項焊接性能測試的進行以及焊接質量驗收提出了指導性意見。

鈦制設備常常與腐蝕性介質接觸，這決定了鈦焊接接頭也需要具有高的耐腐蝕能力。目前，國內外主要依靠電化學測試方法，對鈦合金的耐腐蝕性也進行研究。如 Iara Augusta Orsi 等，通過研究陽極極化曲線，分析了激光焊和鎢極氬弧焊對整個 TA2 焊接接頭的耐腐蝕性影響，試驗結果表明鎢極氬弧焊后焊接接頭的耐腐蝕性能要好于激光焊后得到的焊接接頭。 Atapour 等結合了金相組織觀察和極化曲線測試的方法，研究了經過攪拌摩擦工藝后的 TC4 合金在鹽酸中的耐腐蝕性能，結果表明經過處理后的耐腐蝕性能優于原來鑄造態的 TC4 合金。國內方面，張向東等研究了強流脈沖電子束處理對 TA15 鈦合金耐蝕性能的影響，通過觀察處理前后鈦合金表明組織形貌變化以及極化曲線測試方法，證明了強流脈沖電子束有利于生成更致密的鈍化膜，增強其耐腐蝕性。

鈦在表面生成鈍化膜以后具有很高的電位，在腐蝕介質中與其他材料連接時容易形成原電池，腐蝕掉電位較低的金屬。因此，目前對于鈦合金與其他材料的電偶腐蝕行為也越來越受到重視。Blasco-Tamarit 等研究了 TA2 焊接接頭和 TA2工業純鈦在 Li Br 溶液中偶接時的電偶腐蝕行為，發現焊接接頭成為了電偶腐蝕中的陽極，出現了輕微的電偶腐蝕，并且溫度越高電偶腐蝕越嚴重。沈文雁等通過電偶電流試驗，分析了 Ti-15-3 鈦合金和不銹鋼、碳纖維材料、鋁之間的電偶腐蝕嚴重程度。

可以看出，目前在對鈦合金的焊后耐腐蝕性研究中，大多是將整個焊接接頭作為研究對象，并與鈦合金母材或其他材料進行對比。這樣的試驗方法可以檢驗焊接接頭的整體的耐腐蝕性能，但不能單獨研究出焊縫、熱影響區這些單獨的區域內的耐腐蝕性能的差異，無法分析出焊接加工對于這些不同區域耐腐蝕性能產生的影響。

本文首先對于焊接接頭進行打磨、拋光、腐蝕處理，確定焊縫、母材、熱影響區的具體位置。然后在不同區域進行取樣，加工出用于電化學試驗的母材、焊縫、熱影響區的試樣。通過電極電位腐蝕試驗，研究焊縫、熱影響區、母材在 3.5% Na Cl 溶液中的耐腐蝕性能。通過和母材試樣對比，分析焊接對焊縫、熱影響區鈍化膜性能的影響。另外，還研究了在 3.5% NaCl 溶液中，焊縫和母材偶接時的電偶腐蝕情況，探討了焊接接頭內部的電偶腐蝕情況。

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