管路焊接接头对管路系统建造精度有较大影响，特别是含隔振设备的大通径管路系统[1]，其管路安装偏差将传递至设备，影响设备姿态和隔振器受力状态，从而降低隔振效果，进而影响到管路系统的声学指标[2]。钛合金因较高的比强度及优良的耐热、耐腐蚀性和断裂韧性等优点，在船舶管路建造中得到了广泛应用[3-4]。但在钛合金管路焊接过程中，无保护措施或保护不良会导致空气进入焊接区域，焊丝、焊件清理不干净，在其表面留有水分、油污、氧化物等有害杂质会改变钛的力学性能，这些都将对钛复层接头的力学性能造成负面影响[5-6]，导致钛复层接头变脆，塑性和韧性急剧下降，同时极易产生裂纹和气孔，严重影响到钛复层接头的耐蚀性[7]。因此，有必要开展钛合金管路焊接技术研究，进而提升船舶的管路安装精度，确保管路安装质量和安装效率。
一、研究内容
针对钛合金管路焊接过程中存在的一些技术问题，开展钛合金管路焊接技术研究，具体研究内容如下：
（1）焊接工艺参数对管路焊接接头性能影响分析
通过开展不同焊接速度和氩气流量下的管路焊接试验，检查管路焊接接头的宏观和微观成型情况，测试焊接接头的拉伸和弯曲性能。
（2）焊接顺序对管路安装精度影响分析
选取典型管路为研究对象，在同一焊接工艺参数下，采用不同焊接顺序进行管路焊接，并在焊接前后分别检查管路焊接变形情况，从而得出管路的优化焊接顺序。
二、焊接工艺参数对管路焊接接头性能影响研究
1、焊接试验
选取TA2钛管和TA2管对接接头为研究对象，如图1所示。管与管对接时的坡口型式、坡口间隙，如图2所示。其中t=7mm，c=3mm。
结合TA2管材料物理性能特点，确定采用手工钨极氩弧焊（TIG）、直流正接法焊接图1中对接接头的环焊缝。氩气纯度为99.99%；焊丝牌号为TA2焊丝，直径为φ3mm。本试验分3组进行，具体的焊接工艺参数如表1所示。
焊接试验工艺要求如下：
①焊前应认真清除坡口内及其两侧各30~50mm范围内的油漆、毛刺、油污、铁锈等杂物。管段点焊固定，点焊间距为100~150mm。
②焊接前，将管路两端进行封堵，填充氩气。
③焊接时，两名操作工同时作业，一名手持焊枪和焊丝进行焊接，另一名移动氩气输送管子，及时对焊缝进行氩气保护。
④焊接后，继续采用氩气对焊缝进行保护3~5min。
2、宏观和微观焊缝成型质量检测试验
3组对接管子焊接试验完毕后，分别进行焊缝宏观和微观质量检测，具体检测内容如下：
①目测观察焊缝表面成型情况，是否有气孔、裂纹、沟槽等缺陷，尤其注意观察焊缝颜色。
②分别采用渗透（PT）和X射线（RT）检测法检测焊缝内部成型情况。
3、拉伸试验
本试验采用纵向弧形试样进行拉伸力学性能分析，圆管的拉伸纵向试样取样位置见图3，焊缝位于试样中部。
在每组对接管子上分别取2个拉伸样件进行拉伸试验，试验按照《GB/T2651-2008》规定执行。
4、弯曲试验
弯曲试验分为正弯和反弯两种。每个焊接管子分别取2个正弯样件和2个反弯样件进行弯曲试验，弯曲角度为90°，弯曲直径为100mm，试验按照《GB/T2653-2008》规定执行。
三、焊接顺序对管路安装精度影响研究
选取典型TA2钛合金管路为研究对象，该管段中含有法兰、直管、弯管三部分，具体如图4所示。
现确定3种管路焊接顺序，具体如表2所示。利用表1中的第2组焊接工艺参数，分别开展3种焊接顺序下的管路焊接变形试验。
分别针对三种方案下的管路焊接变形情况进行测量，分析管段焊接前后的焊接变形情况。管路变形测量分焊接前和焊接后两个阶段，重点关注图5及图6中的特征点。
四、研究结果分析
1、焊接工艺参数对管路焊接接头性能影响分析
①焊缝成型分析
通过观察宏观形貌，发现第一组管子的焊缝成型较好，焊缝表面没有咬边、未熔合、焊瘤、烧穿等缺陷，如图7所示。第二组管子，焊缝宽度略微偏大。但是焊缝表面仍没有烧穿、焊瘤等缺陷，如图8所示。第三组管子，说明焊缝表面已氧化。焊缝表面无未熔合、焊瘤等缺陷，如图9所示。
经检测，发现三组管子接头处无损检测等级均为Ⅰ级合格，焊缝表面无任何焊接缺陷，焊缝内部仅有一个圆形缺陷。
对比不同焊接工艺参数下的焊缝层数和道数，如表3所示。
②拉伸和弯曲性能结果分析
不同焊接工艺参数下管子接头的拉伸性能结果，如表4所示。可知三种焊接工艺参数下管子接头的抗拉强度均较好，均断裂在母材处。
由表5和图10可知，当管子弯曲90°后，三种焊接工艺参数下管子焊接接头的弯曲性能均较好，管子焊接接头弯曲性能均合格。
2、管路焊接顺序对其安装精度影响研究
通过测量管路在焊接前后的变形值，得出三种焊接顺序下典型测点的焊接变形数据，如图11所示。
由图11可知，在三种焊接顺序下，管路的焊接变形趋势大致相同，相对于测量基准点来说，越靠近测量基准点，管路的焊接变形越小。从整体上看，管路1的焊接变形较小，故管路1对应的焊接顺序较优。
五、结论
文中通过开展钛合金管路焊接技术研究，明确了不同焊接工艺参数对管路焊接接头性能的影响情况，掌握了焊接顺序对典型管路安装精度的影响，可有效解决钛合金管路焊接技术难题，保证钛合金管路焊接接头力学性能，达到提升工厂钛合金管路焊接水平，提高管路安装质量的效果。
参考文献
[1]顾纪清，阳代军.管道焊接技术[M].北京：化学工业出版社，2005.
[2]刘洋，陈健等.舰艇管路系统振动噪声控制探讨[J].机电工程技术，2022，51（11）.
[3]宋德军，牛龙，杨胜利.船舶海水管路钛合金应用技术研究[J].稀有金属材料与工程，2020，49（3）.
[4]杨万国，董彩常等.钛合金海水管路系统材料腐蚀特性研究[J].装备环境工程，2019，16（11）.
[5]何磊.钛合金海水管路腐蚀与污损防护研究进展[J].材料开发与应用，2017，32（3）.
[6]厉文墨，蒋健博等.钛钢复合板TA2钛复层表面洁净处理工艺[J].材料与冶金学报，2022，21（5）.
[7]刘播.钛钢复合板焊接接头应力应变场有限元分析[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.
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