소구경 티타늄 합금(TA2) 파이프 용접을 위한 품질 관리 및 기공 방지 조치

티타늄 그리고 티타늄 합금 는 저밀도, 고강도 및 우수한 내식성의 특성을 가지며 항공, 항공 우주 및 화학 기계와 같은 분야에서 널리 사용됩니다. 건설 과정에서 티타늄 합금 파이프가 파이프 직경 작다（ Φ 12 Φ 100mm), 용접 시공의 난이도가 높아집니다. 용접 품질을 개선하려면 소구경 티타늄 합금 파이프 에어홀 발생을 방지하기 위해 용접 전 환경 및 재료 측면의 준비 작업과 용접 시공 중 예방 조치에 대해 소개하고 용접 품질 검사 방법.

0. 소개

티타늄 합금 파이프 는 고온, 상온 및 초저온 조건에서 우수한 기계적 특성을 가지며 저밀도, 고강도 및 다양한 매체에서 우수한 내식성을 가지고 있습니다. 항공 우주, 석유 화학 및 기계 제조 분야에서 널리 사용되었습니다. 그러나 티타늄 합금 파이프의 직경이 작 으면 (φ 20-φ 100mm) 용접의 난이도가 높아집니다. 이 기사에서는 특정 프로젝트에서 티타늄 파이프를 시공하기 위해 발생한 문제와 조치를 요약하여 유사한 티타늄 파이프 용접 시공에 대한 참조를 제공합니다.

1. 용접 작업에서 티타늄 및 티타늄 합금의 특성

티타늄 및 티타늄 합금 소재 자체는 용접 작업에서 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다:

• (1) 티타늄 금속은 저밀도, 높은 비강도, 높은 융점, 우수한 내열성, 우수한 내식성, 고온, 실온 및 초저온에 대한 우수한 내성, 무독성 및 비 자성의 특성을 가지고 있습니다.
• (2) 티타늄은 특히 고온 환경에서 산소, 질소, 탄소 등 다양한 원소와 결합할 수 있고 일부 금속 산화물에서 산소를 추출할 수 있는 매우 강력한 환원 능력을 가진 화학적 활성 금속입니다.
• (3) 티타늄에 불순물이 존재하면 기계적 특성에 큰 영향을 미치며 간질 불순물 (예 : 산소, 질소, 탄소 등)은 티타늄의 가소성을 크게 감소시키고 강도를 향상시킬 수 있습니다. 구조 재료로서 티타늄은 합금 원소 유형을 추가하고 합금 원소 함량을 엄격하게 제어하여 고온, 저온 및 급속 냉각 및 가열 조건에서 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다. 산업용 티타늄 합금에는 내포물이 허용됩니다. TA1, TA2 및 TA3와 같은 불순물의 함량이 증가함에 따라 강도와 경도는 크게 증가하지만 가소성 또는 인성은 감소합니다.
• (4) 티타늄 합금은 용접 중 온도 범위에 따라 다른 특성을 가지고 있습니다. 온도가 300도 이상일 때 ℃, 600 ℃및 700 ℃는 빠른 수소 흡수, 산소 흡수, 질소 흡수의 특성에 해당하며, 가장 민감한 것은 공기 중 산화입니다.
• (5) Ti와 H의 조합은 TiH를 생성합니다.₂. 티타늄의 0.86배 밀도(Ti 밀도 4.51g/mm)를 가진 이원 저밀도 수 소화물(고체 형태)입니다.³, TiH2 밀도 3.91g/mm³), 일반적으로 용접 비드에 바늘 끝이나 플레이크 형태로 나타납니다. 따라서 RT 이미지에서 바늘 모양의 결함은 일반적으로 수소 기공이 아니라 TiH₂. TiH₂ 는 특히 모공처럼 가장자리가 선명하지 않은 경우 RT 이미지에서 작고 흐릿한 특징을 나타냅니다. 이 저밀도 수화물을 더 잘 이해하지 못하면 모공으로 착각하기 쉽습니다.

2. 용접 전 준비

티타늄 합금의 높은 활성을 고려할 때 용접 전에 환경, 재료 및 홈 준비를 신중하게 준비해야합니다.

2.1 용접 환경 준비

(1) 용접 현장은 가능한 한 깨끗하고 건조한 방 또는 전용 용접 작업장에 설치해야합니다. 실내 온도는 5°C 이상이어야 합니다. ℃를 사용하고 공기 유속이 너무 높지 않아야 합니다. 고무는 바닥에 깔아야 합니다.
(2) 용접 플랫폼 또는 작동 프레임은 스테인리스 스틸이어야합니다. 탄소강과 같이 철 이온 오염원이있는 다른 재료를 사용하는 경우 테이프 또는 기타 품목을 사용하여 용접 플랫폼 또는 작동 프레임을 완전히 감싸고 테이블 상판을 고무로 덮어야합니다.
(3) 그림 1과 같이 용접 시 사용되는 기본 재료 및 기타 소형 공구의 사양과 일치하는 보호 견인 커버를 용접할 준비를 합니다.

그림.1 보호 견인 커버

(4) 시공 시 사용되는 연삭 디스크, 절단날, 리머, 연마 휠, 파일 등은 스테인리스 스틸 등급이어야 합니다.

(5) 작업자가 착용하는 작업복은 청결하게 유지하고 가능한 한 기름과 먼지가 묻지 않도록 해야 합니다. 용접 장갑은 그림 2와 같이 탈지한 흰색 고운 거즈로 만들어 청결하게 유지해야 합니다.

Figure.2 장갑

2.2 재료 준비

• (1) 기본 재료 검사: 파이프 그리고 파이프 피팅 해당 적합성 인증서가 있어야 합니다. 기본 소재 및 액세서리의 외관에 내포물이나 이중 스킨이 없어야 합니다.
• (2) 용접 재료 검사: 용접 와이어는 기본 재료와 일치해야 하며 해당 자격 인증서가 있어야 합니다.
• (3) 아르곤 가스 검사: 아르곤 가스의 순도는 99.99% 이상이어야하며 가스 공급 업체는 해당 적합성 인증서 및 검사 보고서를 제공해야합니다. 가스 공급자의 진공 펌핑 및 충전과 같은 요인의 영향을 고려할 때 가능한 한 통조림 액체 아르곤을 사용하고 현장 가스화 장치를 장착하는 것이 좋습니다.

2.3 그루브 준비

• (1) 파이프 끝의 홈은 가능한 한 많이 가공해야 합니다.
• (2) 현장에서 홈을 절단, 절단 및 연마 할 때 과도한 힘을 피하고 과도한 국부적 인 열을 방지하기 위해 지정된 시간에 연삭을 수행해야합니다.
• (3) 수지 연삭 휠로 홈이 파인 표면을 자르고 연마 한 후 스테인리스 스틸 리머로 다시 연마해야합니다.
• (4) 파이프 끝 홈의 내부 및 외부 표면에서 40mm 이내에서 리머를 사용하여 부동태화 필름을 제거해야 합니다.
• (5) 페어링하기 전에 연마 휠을 사용하여 그루브에서 버와 이물질을 제거합니다.
• (6) 조립하기 전에 파이프 입구의 끝면의 오일 얼룩이 용접 중 가열로 인해 용융 풀에 흡수되지 않도록 철저히 청소되었는지주의 깊게 확인해야합니다.
• (7) 페어링하기 전에 아세톤 또는 무수 알코올로 그루브 끝면을 닦습니다.

3. 조립 용접

조립 중 가스 보호 및 공정 제어 강화 용접 프로세스 를 사용하여 결함(모공 등)의 발생을 방지합니다. 구체적인 요구 사항은 다음과 같습니다:

(1) 압정 용접은 아르곤이 충전된 조건에서 수행해야 합니다.

(2) 용접 위치를 지정하기 전에 용접 접합부의 간격과 오정렬을주의 깊게 확인해야합니다. 그림 3과 같이 간격은 2.5-3.5mm 이내로, 오정렬은 1mm 이내로 제어해야 합니다.

그림.3 용접 전 홈 간격 측정

(3) 하나의 드롭 지점을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 용접 방법 를 사용하여 정식 용접 시 포지셔닝 용접 지점을 연마하지 않도록 합니다.

(4) 정식 용접 전에 조립 중 홈에 불순물 (예 : 먼지, 땀 얼룩 등)이 있으면 아세톤으로 다시 청소해야합니다.

(5) 파이프, 용접 핸들 및 드래그 커버의 아르곤 충전의 3중 보호는 필수 불가결하며 일치하는 유량이 있습니다(일반적으로 용접 도구 노즐의 유량 범위는 13-16L/min, 파이프의 유량 범위는 8-16L/min, 보호 드래그 커버의 유량 범위는 15-30L/min입니다). 파이프의 아르곤 충전은 공기를 완전히 대체해야하며 그림 4와 같이 용접 토치 및 견인 커버의 보호 가스는 아크가 치기 5-10 초 전에 열어야합니다.

(6) 적당한 냉각. 용접 중에 가능한 한 적은 열 입력을 사용하는 것 외에도 소구경 파이프의 용접을 단계적으로 중지하여 기본 재료가 과열되지 않도록 해야 합니다.

(7) 용접하는 동안 용접 공구가 가능한 한 왼쪽이나 오른쪽으로 흔들리지 않아야 합니다. 중간 정지 및 최종 용접 후 견인 커버가 용접 비드 및 용접 풀에서 즉시 분리되지 않아야 합니다. 이때 가스 공급 보호를 계속 유지해야 합니다. 온도가 250도 이하로 떨어질 때만 ℃ 견인 커버의 분리를 고려할 수 있나요?

(8) 중간에 용접을 중지할 때 용접 와이어의 용융 끝도 가스 보호가 필요합니다. 용융 끝이 가스 보호 구역 밖으로 이동하면 재용접 중에 용접 와이어 앞쪽 끝의 산화 된 부분을 잘라야합니다.

(9) 용접시 두 사람이 작동하고 한 사람이 용접하고 한 사람이 협력해야합니다. 협력 인력은 티타늄 파이프 시공에 대한 풍부한 경험과 강한 책임감을 가져야 합니다.

(10) 협력 직원은 항상 용접 장비, 아르곤 가스 미터, 가스 밴드, 아르곤 충전 플러그 및 드래그 커버의 작동 상태를 확인하고 용접 와이어 청소에 협조하고 산화 용접 와이어 헤드를 차단하여 원활한 용접을 보장해야합니다.

그림.4 용접 공정 중 3중 차폐 가스 시스템의 개략도

4. 외관 검사

용접된 파이프 조인트의 모양에 따라 품질이 요구 사항을 충족하는지 여부를 결정할 수 있습니다.

(1) 용접 비드의 외관과 내부 침투가 잘 형성되고 부드럽고 균일 한 전환으로 기하학적 크기 요구 사항을 충족하며 모공, 내포물, 불완전한 침투, 균열 및 언더컷과 같은 표면 결함이 없습니다.

(2) 용접 코너 및 용접 영역 표면의 색상 검사는 표 1에 나와 있습니다.

표.1 용접 보호, 산화 효과 및 색상 비교표

보호 효과	산화 정도	색상(산화막)
양호	아무것도	실버 화이트
양호	약간	황금빛 노란색
가급적	라이터	자줏빛이 도는 빨간색
Poor	Heavy	애저 블루
차이점	심각	회색

(3) 티타늄 파이프 조인트는 표면 산화막의 색상에 따라 예비 검사를 할 수 있으며 "양호"이상은 적격 보호 효과로 간주됩니다. 보호 효과가 만족스럽지 않은 조인트의 경우 실제 상황에 따라 처리해야합니다. 일반적으로 산화 효과가 상대적으로 가벼운 경우 산 세척 처리 또는 스테인리스 스틸 와이어 브러시를 사용하여 금속이 은백색이 될 때까지 산화 부위를 브러시하여 내부 금속이 더 이상 산화되는 것을 방지 할 수 있습니다. 산화 효과가 심한 경우 용접 접합부를 잘라낸 후 용접을 위해 재조립해야 합니다.

소구경 티타늄 합금 파이프의 용접 공정 중 용접 형태는 그림 5에 나와 있습니다.

그림.5 용접 공정 중 효과 다이어그램

5. 결론

• (1) 보호 가스 - 아르곤은 아르곤의 순도가 99.99% 이상임을 보장하기 위해 엄격한 품질 보증을 받아야 합니다.
• (2) 용접 영역(홈과 그 안쪽 및 바깥쪽)과 용접 와이어의 표면은 작동 표면의 청결을 보장하기 위해 산화물 피부 및 그리스와 같은 먼지를 철저히 청소해야 합니다.
• (3) 용융 풀과 열 영향 구역의 모재가 질소, 수소, 산소, 기타 가스, 철, 탄소 및 기타 원소를 흡수하지 않도록 용접 온도 변화를 적절히 제어합니다.
• (4) 홈에 붙이는 접착 테이프는 청소가 어려울 수 있으므로 관리하기 쉬운 것이어야 합니다. 대신 접착력이 적은 종이 테이프를 사용하십시오.
• (5) 좋은 용접 공정은 용융 풀의 투명하고 안정적인 상태를 유지해야합니다. 작은 폭발과 같은 현상이 관찰되면 기공이 있는지 여부를 고려할 필요가 있습니다. 그 이유는 보호 가스의 순도 부족, 불결한 용접 표면, 용접 와이어 헤드의 산화 된 부분을 차단하지 못함, 높은 용융 풀 온도 때문일 수 있습니다.

저자 선 리쿤