隨著國家強制達標排放的實施，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筒材料的首選。在焊接過程中，鈦板焊縫、熱影響區在焊接熱循環的影響下，機械性能和抗腐蝕性能等均會發生變化。本文以生產中被廣泛使用的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，化學成分及物理性能見表１。配套焊材為TA2焊絲，其化學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、熱影響區和母材。
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打磨，均保持原表面狀態，側面用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、試驗結果與分析
2.1 拉伸試驗
焊接后的＃１，＃２，＃３試板正面呈現金黃色，背面呈淺灰色，顯示了較好的焊接質量，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。
純鈦焊件的力學性能測試依據JB4744-2000《鋼制壓力容器產品焊接試板的力學性能檢驗》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。試驗結果見表３。結果表明，４種焊件的抗拉強度與母材相當，斷裂部位均位于焊縫，這可能是由于焊縫區存在一定的缺陷且塑性較差而導致。焊縫斷裂前均有一定程度的塑性變形，說明焊縫區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，焊縫區和熱影響區的組織粗大，尤其是焊縫區，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經歷了焊接熱循環過程，造成晶粒長大。相比而言，#3和#3試板焊縫的晶粒粗大區較小，這是由于采用了脈沖焊接法，電流均值變小導致熱輸入量變小。
#4試板的晶粒區域最大，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，試驗數據見表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，表面具有相對較厚的氧化膜，保護了內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ASTM標準，金屬鈦表面的氧化膜與基體結合非常牢固，很難用常規的化學或機械－化學方法去除，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致的增重與浸泡初期鈦溶解導致的失重相當，使試板浸泡１個月后質量幾乎不變。該實驗表明，焊接件的母材區、熱影響區和焊縫區均具有良好的耐蝕性。
３、結論
1）鈦板在脈沖氬弧焊條件下焊接性良好，機械性能滿足技術條件要求。接頭在焊接熱循環的作用下會發生晶粒長大。
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] 鋼制壓力容器產品焊接試板的力學性能檢驗：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狀［Ｊ］．航空制造技術，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，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，2013（4）：79－81．
作者簡介：
王鳳蛟（1968—），男，黑龍江木蘭人，高級工程師，從事火力發電廠生產技術研究工作（E_mail：hdwfj＠sina.cn）。
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