鈦設備主要應用于石油、化工和熱能電站等工業(yè)部門。而
鈦管件(如彎頭、三通及異徑管等)與管子的連接是其重要組成部分。根據(jù)多次調(diào)查，鈦裝備(由于有其特殊的使用性能。應用日益廣泛)中管件與管子連接處事故率較高，這與該處斷面工況條件陡變。鈦在885℃時發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。在885℃以下為密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱為a鈦(工業(yè)純鈦為此類，本文重點研究對象)。在885℃ 以上為體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱為J3鈦。鈦合金的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度則隨加入的合金元素種類和含量不同而變化。工業(yè)純鈦根據(jù)其雜質(zhì)(主要是氧和鐵)含量以及由此而引起的強度差別分為TA1、TA2、TA3三個牌號。它們具有良好的耐蝕性、塑性和韌性，但對其加工性、焊接性要求較高。焊接缺陷及其形成機理：(1)焊接氣孔 鈦材焊接中，易于發(fā)生氣孔，它的主要影響因素及防治措施。(2)脆裂與過熱氫是鈦中最有害的元素之一， 它能降低鈦的塑性與韌性，導致脆裂。若母材或焊接材料中含氫量較大，則應預先作脫氫處理。鈦在600℃ 以上就會急劇地和氧、氮化合，生成二氧化鈦和氮化鈦(硬度極大)。當加熱到800℃以上，二氧化鈦即溶解于鈦中并擴散深入到金屬鈦的內(nèi)部組織中去，形成0.01～0.08 mm的中間脆性層。溫度越高，時間越長，氧化、氮化也越嚴重，焊接接頭的塑性就會急劇降低。此外，鈦還易與碳形成脆性的碳化物，降低塑性和可焊性。
焊接熱溫波裂紋常見金屬焊接裂紋有熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋與層狀撕裂裂紋等，焊接熱溫波裂紋是近年來發(fā)現(xiàn)的又一種新裂紋。即焊縫處經(jīng)過反復多次加熱與冷卻后而形成的一種裂紋，其發(fā)展趨勢最終為斷裂。它多發(fā)生在厚壁管件一管子的多層多道焊焊縫區(qū)域上(主要在熔合區(qū)附近)或焊縫修補之處。其特征是裂紋區(qū)域材質(zhì)性能發(fā)生變化(尤其是塑性、韌性降低)，晶粒松弛，晶格歪扭。有局部硬化現(xiàn)象，有時裂紋旁邊伴有若干更細微裂紋。它發(fā)生的滯后性強，其隱蔽性危害性比冷裂紋更大。目前形成機理仍在研究之中。從本質(zhì)上看。它不完全同于熱疲勞裂紋(有的學者觀點不同)。由于鈦材焊縫處多次反復加熱與冷卻，一是應力不斷擴張、收縮。致使焊縫疲勞開裂；二是加熱過程中晶粒不斷長大(有時連續(xù)有時斷續(xù)，但多為波段式變化。鈦的熔點高， 比熱容小，熱導率小，使焊縫金屬和熱影響區(qū)在高溫下的停留時間增長)。從而使顯著長大的粗化晶粒間松弛、脆弱，也易出現(xiàn)裂紋。另外，焊縫處若干次地快速冷卻，TiH2逐漸析出，積聚，延伸，出現(xiàn)薄弱邊緣而致裂。而焊縫的多次熱循環(huán)及相變(組織變化)，Ct鈦馬氏體(a 是0相通過無擴散型轉(zhuǎn)變而形成的某些元素在六方晶格a
鈦中的過飽和固溶體，在光學顯微鏡下呈現(xiàn)為針狀組織)數(shù)量增多，塑、韌性下降亦極易開裂?？傊祟悳夭鸭y是若干因素綜合作用的結(jié)果。消除其中的任何不利因素。對于防止它的產(chǎn)生都是有利的?？偨Y(jié)多次施工經(jīng)驗及研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)管件與管子焊縫部位，經(jīng)常受到大小不同和方向變化的熱循環(huán)交變應力。這種交變應力常常使材料在小于其屈服極限，甚至小于其彈性極限的情況下。www.nmware.com經(jīng)多次熱循后，并無顯著的外觀變形卻會發(fā)生裂紋。管件一管子對接及施焊中，事先都不產(chǎn)生明顯的塑性變形而突裂，實際上裂紋已經(jīng)歷了一個由脆化、臨界危險點及開裂的完整過程(有的時間較短，有的時間卻很長)。即使施工后經(jīng)檢驗未發(fā)現(xiàn)任何缺陷，裝置在運行過程中，亦隨時有可能產(chǎn)生裂紋。且往往是出乎預料的。材料在交變應力的作用下，首先在應力最大及材料最薄弱的部位(如內(nèi)部的缺陷、表面的傷痕處)出現(xiàn)極細微的裂紋，這種微裂紋再隨熱循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴展，從而使管件與管子的有效截面不斷減小，以至最后承受不住外力的作用，在偶然的震動和沖擊下便發(fā)生脆性斷裂。所以材料斷裂是在交變熱應力作用下經(jīng)過一定的熱循環(huán)周次之后(隨著環(huán)境條件的波動及時間推移，材質(zhì)本身亦逐漸退化與弱化，此點往往被人們所忽視)才出現(xiàn)的。因此它具有很大的危險性，常常造成難以想象的嚴重事故。這就給施工者提出更高要求，隨時防范
鈦材管接口待裂和臨裂狀態(tài)與隱患，亦須引起足夠的重視。僅從焊接工藝分析，適度控制焊接的最高加熱溫度、加熱速度、高溫停留時間和冷卻速度。以及盡量減少焊縫區(qū)的加熱與冷卻頻率和次數(shù)，是必須注意的問題。管件與管子對接時嚴禁采用較大的鋸齒形橫向擺動施焊法(尤其是高壓管接口)。
