陶瓷管道作为工业领域重要的防腐耐磨材料,其焊接工艺既要保证金属结构的强度,又需保护脆性陶瓷层免受热损伤。当前主流焊接方法根据工艺原理可分为熔焊、钎焊和机械连接三类,每种方法各有其适用场景与技术要点。
熔焊工艺中,钨极氩弧焊(GTAW)因其精确的热控制成为薄壁陶瓷复合管的首选。焊接时需在管道内部通入5-8m³/h的氩气形成保护氛围,焊枪与工件保持75°-85°夹角,电弧长度严格控制在2-3mm。对于壁厚超过6mm的管道,则多采用手工电弧焊(SMAW)分层施焊,使用经350℃烘干的E7015焊条,每道焊缝完成后需用钢丝刷清理熔渣,层间温度不得超过200℃。值得注意的是,无论采用何种熔焊方法,热输入量都应控制在20kJ/cm以内,焊接速度建议保持15-20cm/min,这是避免陶瓷层热裂的关键参数。
钎焊技术特别适用于陶瓷与金属的异质连接,其核心在于金属化处理工艺。先在陶瓷表面涂覆30-60μm厚的金属膏剂,经1300-1500℃氢炉保温1小时完成金属化,再电镀5μm镍层增强钎料润湿性。实际焊接时需使用石墨模具精密装配,在氩气或氢气保护炉中缓慢升温钎焊,降温阶段尤其要注意控制速率,防止陶瓷因热应力开裂。这种方法的优势在于能实现陶瓷与金属的冶金结合,但设备投入较大,多用于航空航天等高端领域。
机械连接中的法兰焊接是工程现场最常用的方法。先在陶瓷管端部焊接碳钢法兰,通过螺栓实现管道对接,法兰密封面需加工出2-3mm深的陶瓷避让槽。虾米腰式弯头则采用分段焊接工艺,每节短管两端预留45°坡口,组对时错边量需小于壁厚的10%。这种连接方式的优势在于可拆卸性,特别适合需要定期更换衬里的工况,但需注意焊接过渡区要留出10mm无陶瓷段,避免高温影响衬里稳定性。
无论采用何种焊接方法,焊后处理都至关重要。焊缝自然冷却至150-200℃时需进行消氢处理,厚壁管道应按每25mm壁厚1小时的标准进行250-300℃的后热。质量检验环节除常规的射线探伤外,还需用里氏硬度计检测焊缝区硬度,确保不超过母材的120%。随着自动化技术的发展,激光跟踪焊接系统和机器人施焊正在逐步替代传统手工工艺,这不仅能提升焊接一致性,更能通过精确的热输入控制保护陶瓷衬里。