锆材焊接工艺指导书.docx

锆材焊接工艺指导书1概述锆是化学性质非常活泼的元素，在高温下极易与大气中的各种气体发生反应，耐腐蚀，在石 油、化工、核能等彳丁业都有使用在锆焊接时，焊缝和热影响区易被空气中的氧、氢、氮等兀 素污染，生成硬而脆的化合物，并产生脆性的针状组织，使焊接接头的硬度、强度升高，塑性 下降，耐蚀性能也大幅下降因此锆焊接时应对熔池、焊缝和热影响区进行充分的保护 以完全隔绝空气锆材的焊接一般用钨极惰性气体保护焊，其他的焊接方法包括：电子束焊、 等离子弧焊和电阻焊等它的焊接性能和钛金属焊接比较接近，由于锆的热膨胀系数和弹性 模量小，因而焊接变形和焊缝残余应力比较小在不受污染的情况下，焊缝不易出现结晶裂 纹和冷裂纹锆在高温下一般容易与大气发生反应，在200 °C就开始吸收氧，300 °C吸收氢， 400 C吸收氮，温度越高反应的强度越剧烈锆焊接的另一个主要问题就是焊缝容易过于软化而 导致焊件错动，根部焊道容易烧穿，因此焊接锆时，应合适地固定焊件并尽量采用双面焊除 钛、铌、银、钒之外，锆不能和其它金属直接焊接2焊材的选用与焊接环境要求2.1焊材的选择锆与锆合金采用的钨极氩弧焊焊接选用的焊丝一般与母材相同其外观必须光滑、圆整，不 允许存在毛刺、皱皮、重叠、裂纹、孔隙等缺陷，必要时进行金相微观检查，不允许存在偏 析、夹渣等缺陷。

下表是常用锆与锆合金焊接推荐选用的焊丝表1常用锆与锆合金焊接推荐选用的焊丝序号母材牌号(SB658 )焊丝牌号(AWS)1R60702ERZr22R60704ERZr33R60705ERZr42.2 环境要求(1) 设立专用的预制场地，同时焊接场所应保持清洁、干燥2) 环境温度应大于5 C(3) 焊接场所严禁有黑色金属焊接、切割、打磨等工作4) 现场焊接时应有防风，防雨措施，当风速大于0・5m/s ,相对湿度大于80%，禁止施焊3准备3.1 人员从事锆材施工的人员必须掌握锆材的特殊物理性能和化学性能的知识，并在此基础上正确从 事锆材的搬运、切割、组对等工作3.2 焊件的坡口型式和组对在一般情况下坡口型式和尺寸的选用应重点考虑，遵守易于保证焊接接头质量，减少填充金属量，便于操作和减少焊接变形等原则当设计无规定时焊件的坡口型式和尺寸可参照图 1W_ 二.丁 t 亠 上图1锆材焊接坡口型式3.3锆材的清理锆材管子切割前应核对材质和规格，并做好材质标记的移植工作应使用无腐蚀的记号笔，严 禁打钢印锆材切割应使用机械方法，若使用等离子或砂轮切割，切割时管子转动，使其 始终处于最佳位置，采用等离子切割时应采取措施保护管子内外表面，以防表面被火花灼伤， 并用机械方法去除污染层。

经常清理工具上的污物，每次使用前应清洁，无任何杂物锆材 管子无论用机械加工或锯切后，还应使用锉刀修磨切口，然后用不锈钢刷或电动不锈钢丝轮 等工具，进一步加工，使坡口表面平整光滑，无毛刺、凹坑、沙粒等缺陷管子、管件最对 过程中，不允许强力组对，严禁锤击或划伤材料表面3.4定位焊由于锆材焊接时液态金属流动性特别好，管子坡口组对装配时钝边、间隙应严格按工艺指导书 规定，以免焊接时烧穿管子管件定位焊的工艺措施及焊接材料应与正式焊接一致，点焊 高度不得超过管壁厚的2/3，定位焊的焊缝不得有裂纹、气孔或不允许存在的氧化变色等缺陷， 否则应打磨4焊接4.1焊前清理锆材的切割和坡口加工，可以采用机械方法，也可以采用氧-乙炔焰、等离子弧等热切割方法， 但热切割会产生强烈的火烟，切口周边材料被严重污染，必须打磨清除，造成浪费因此在 切割工件时，尽可能采用机械方法，如锯、车、铣、钻、刨等加工方法，配合水冷却液降 温，避免温升造成材料损伤坡口周边25mm内外表面较厚的氧化膜，可使用锉刀、电磨、砂 轮机进行清理坡口表面应光洁，无毛刺、凹坑、残存沙粒等缺陷，最后还应使用不锈钢钢丝 刷仔细清理加工使用的工具应为专用，保持清洁。

加工产生的屑、沫堆积在空气中会产生 自燃，应存放在盛水的容器中另外在加工完成的坡口周边75mm范围内外表面，还应使用合 适的溶剂（丙酮、酒精）擦洗，出去油脂、水分、灰尘，擦洗应采用干净的海绵或白绸布，不得 使用毛巾，棉纱不允许带橡胶手套清洗过程中应反复擦拭焊件直到海绵上无污色为 止清洗好的焊件应立即焊接，焊件置放时间不得超过 8h，否则应再次清理填充焊丝使用前应用溶剂清除表面上的油脂，残留润滑剂和灰尘等污物，清理好的焊丝应放 在干燥和干净的场所保存4.2焊接工艺参数见表1表1锆及锆合金钨极氩弧焊工艺参数母材厚度（mm）钨极直径（mm）焊丝直径（mm）喷嘴孔径（mm）焊接电流（A）氩气流量（L/min）焊速(m/h)备注喷嘴拖罩背面0.81.61.21045~558~106~8手工钨极 氩弧焊1.62.01.61050~608~1014~166~82.03.02.01260~708~1014~166~83.03.02.01495~12012~1416~1812~144.04.02.016140~15012~1416~1812~145.04.02~318~20165~17512~1416~1812~146.04.02~318~20165~18514~1616~1814~1612.04.03.018~20170~20018~202014~160.51.61.21040~508~106~840~50自动焊1.02.01.21260~708~106~838.41.63.01.61470~808~1014~166~838.44.3 施工过程中应注意的事项(1 )焊接用气体为纯氩，氩气纯度应达到99.99%，当瓶装氩气压力低于0.1 Mpa时，应停止 使用。

2)钨极在施焊前应修磨成如图2所示的形状图2钨极磨制的形状(3 )钨极氩弧焊电源采用直流正接4 )板材焊接时应尽可能在平焊位置管材焊接时尽量采用转动焊5) 当母材温度低于15 °C时，应对母材进行预热，预热温度为20 °C左右，焊接时层间温度 应控制在100 C以下6) 钨极氩弧焊米用高频引弧和熄弧电流衰减措施，注意引弧和收弧质量在起弧之前，先 给焊枪送几秒钟的气体(拖尾保护送气时间可长些时间)，熄弧应通过电流衰减来完成，在终 止电流之后，焊矩应继续保持在焊接熔池之上，直到金属冷却，拖尾和背面保护送气应继续进 行，直到焊缝和热影响区冷却到300 C以下为止如果送气时间不够，焊缝将是淡黄色或蓝颜 色7 )对于手工送丝来说，焊丝应连续地送入熔池断续送丝可能导致从保护的惰性气体中 得出热焊丝端头，如果焊丝不注意从保护的惰性气体中取出，则该端头应剪去25mm左右清除污 染的金属，才能继续施焊8) 如果熔敷焊缝金属呈银白色，则不要求层间清洗，淡黄色或淡蓝色应使用干净的奥 氏体不锈钢刷擦去在继续进行焊接之前，污染的焊缝应采用打磨和仔细的清洗法全部擦 去对污染严重的焊缝必须铲除干净，并进行必要的修复方可进行下一步焊接工作。

9) 保护装置及拖罩的结构和尺寸应根据接头形式和构件尺寸确定用导热性能较好的 材料制成，形状宜与焊件边缘相似并能够贴近焊件表面10) 应用独立的气路提供各区域的保护气体，保护气输送时应保持均匀，非絮流并不相互干 扰，气路中不允许残留水分和任何泄漏，气路管道不允许采用橡胶管或其他吸潮材料管子11) 焊接过程中，若钨极碰触焊丝或焊缝，应停止焊接，铲除污染的焊肉、修磨或更换钨 极12 )若需双面焊接时，应采用机械方法清除焊根，直至显露出没有任何缺陷的焊缝金属 4.4 焊缝背面及焊接区域高于300 C以上的部位保护的方式管道焊缝背面气体保护一般采用管堵造成密闭气室，管堵应留有进气孔和出气孔，以便进气 和排气，管堵应与内壁贴合无缝隙，并尽量将焊接时高于 300 C区域焊缝区域全部包括，具体形式见下图3板对接焊缝背面气体保护采用垫板，具体结构形式见下图 4图3堵管形成保护气体小室图4板对接焊缝背面保护4.5焊缝后拖保护装置焊缝后拖保护一般采用拖罩，小型轻便拖罩可以和焊枪连在一起，焊接时可以直接起到保 护作用，也可由另外一个人单独手持拖罩跟踪操作保护拖罩应由导热性能好的材料制成， 如铜、铝等，拖罩的形状、尺寸、曲率半径应根据管径、焊口形式制作，不得有缝隙，四周 应圆滑。

必要时罩内可增加通水冷却散热，具体形式见下图 5图5焊缝后拖保护装置5锆管焊接实例(1 )坡口形式SXFI 一 0『EH睜甘图6锆管焊接坡口图7焊枪喷嘴的保护(2 )焊接电源北京时代钨极脉冲氩弧焊机，该焊机具有高频引弧，电流衰减及提前送气和 延时断气等功能焊接时采用直流正接方式焊接用电极为© 2.4铈钨极，锆焊接时，电极伸出 过长，会影响主保护效果，在不影响观察熔池的情况下，电极伸出应尽量缩短，电极伸长 限制在12mm以下电弧长度约为2mm左右喷嘴可用辅助保护气体进行相关的保护，见 图7主喷嘴直径大小将直接影响熔池金属保护效果分别采用© 12mm, © 18mm和© 30mm 内径的喷嘴在锆板上进行点焊试验，发现© 18mm比© 12mm喷嘴对熔池保护的范围要大，效果也好，当进一步增大到© 30mm时，影响不大最后采用喷嘴内径为© 18mm为了使保 护气体分布均匀和形成层流形式，在喷嘴内设置了两层 80目铁丝网3 )热态焊缝和邻近母材的保护装置在熔池之后的热态焊缝和邻近的母材需要用辅助 的气体保护装置进行保护保护装置设计不仅要能够达到良好的保护，而且要方便操作，这 是锆焊接的技术诀窍之一，如图8。

图8焊接管道尾部拖罩保护图(4 )焊接电流锆熔点比钛高，焊接电流相应要高由于锆焊接速度很快，电流如果小，焊 丝熔化不开，焊道成形会较差，往往会造成未熔合缺陷此外，提高电流也有利于气体从熔 池中逸出，减少焊缝中气孔形成倾向但电流过大，焊缝在高温阶段停留时间过长，给保护 带来困难，焊缝和热影响区晶粒也变大5 )焊接速度焊接速度是关系到施焊区是否会变色的关键因素，应根据保护效果选择合适的 焊接速度6)层间温度层间温度高，焊缝冷却速度就会慢，焊缝氧化的可能性增大90°C以下层间温 度对焊缝表面颜色没有明显的影响，超过100 C层间温度时，焊缝表面有微黄出现为此中层间 温度限制在90 C以下表2为锆管焊接实例焊接工艺参数表2锆管焊接工艺参数管子及焊接位置层次焊丝直径(mm )焊接电流(A )氩气流量(L/min ) 喷嘴侧保护背面©48 X3.5 水平转动©48 X3.5 水平固定© 114 X 5.9水平转动© 114 X 5.9水平固定©1.6©2.4©1.6©2.4©2.4©3.2©3.2©2.4©3.2©3290〜100100〜12080〜90100〜110140〜150160〜170180〜190130〜140150〜160150〜1。