锆及锆合金具有优良的抗酸、碱等腐蚀的能力 ,在某些介质中,甚至超过了铌、钛等防腐蚀性能很好的金属 ,能在钛所不能胜任的腐蚀介质下工作 ,所以锆及锆合金以其良好的抗腐蚀性能近年来逐渐被用作抗腐蚀性较强的化工行业的设备和管道等结构材料 。锆及锆合金本身具有很强的高温化学活性 ,在高温下就能与空气中多种元素发生反应 ,从而破坏了锆及锆合金的机械特性, 所以 ,在锆及锆合金焊接过程中, 选择洁净的操作环境 ,加强焊缝及热影响区部位的隔离保护是..焊接质量的关键。

     1、锆及锆合金的基本特性

     锆及锆合金材料主要有 R60702、 R60704、R60705三个级别。锆及锆合金焊接性能较好 ,在常温下的化学性能比较稳定 ,但其高温化学性能非常活泼,对环境气体中的氧、氮、氢以及操作环境中的粉尘、湿度等污染都有很强的亲和力。随着温度的升高 ,其化学活性急剧增强,与氢在 200 ℃下生成 ZrH 2 ;与氧在 300℃下, 可以生成 ZrO 3 ;在 550 ℃以上 , 与空气中的氧反应生成多孔的脆性氧化膜 ;在 600 ℃下,锆吸收氮生成 ZrN; 在 700 ℃以上 ,吸收氧而使材料严重脆化，随着温度的增加, 其吸收能力和反应速度随之增强。锆及锆合金的优良的抗腐蚀性能来源于其表面形成的氧化膜 ,并取决于氧化膜的完整性和牢固性 ,当锆及锆合金在吸收了一定数量的氧 、氮、氢等气体杂质后, 其力学性能及抗腐蚀性能将急剧下降 。反应生成多孔的脆性氧化膜 ，所以,对环境粉尘、湿度及热影响区表面、焊缝背面加强保护是焊接过程中质量管控的关键要素。

     2、影响锆及锆合金焊接质量的因素和注意事项

     2.1 在大量焊口焊接预制阶段,需要设置专门的封闭式洁净场地,并严格控制环境的粉尘污染和空气湿度,例如进入施工场地须换穿干净的劳保鞋等措施,以..焊接环境的洁净。在室外安装环境下,制作临时操作室,达到洁净条件。

     2.2 加强对焊接接头坡口、坡口两侧 70 mm范围内及焊丝表面清洁度的要求,是..焊接质量的重要因素。

     2.3 锆及锆合金焊接过程中,气孔是..容易产生的缺陷。气孔多集中在融合线、焊缝中心线附近。防止焊接气孔缺陷产生..关键的环节就是加强对焊接环境洁净度 、湿度的控制及加强坡口 、焊材表面的清理 ,提高焊缝区高纯氩的内外保护质量。

     2.4 焊接裂纹倾向

     由于锆及锆合金热膨胀系数低 , 热变形量以及相变时产生的体积变化均很小 ,本身硫 、磷 、碳等杂质含量很低 ,焊接过程中没有形成裂纹的明显趋势 。但当焊接过程焊缝吸收一定数量的氧 、氮 、氢气体杂质时, 焊缝及热影响区的性能将变脆 ,如果焊缝在组对等环节有应力存在,将会产生焊接冷裂纹 。同时,氢原子具有向较低温度的热影响区内的高应力部位扩散及聚集的性能 ,促使这些部位形成较为薄弱的环节 ,因此可能导致焊接延迟裂纹的产生。

     2.5  在焊接试验中,应选用了焊接线能量低 ,便于进行焊缝气体保护的手工钨极氩弧焊;利用较大口径的焊枪喷嘴和焊缝外表面保护托罩及管道内部充氩的方式进行空气隔离, 以达到焊缝不被氧化和吸收有害气体的目的 。