祁建峰

(滄州天淼化工機械有限公司,河北,滄州,061021)

鈦材換熱器的焊接

祁建峰

(滄州天淼化工機械有限公司,河北,滄州,061021)

鈦材焊接中采用有效的氣體保護裝置和合理的焊接參數(shù)保證了焊接質(zhì)量。

鈦材;氬弧焊;氣體保護

鈦材因其良好的耐腐蝕性能在海洋工業(yè)中廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有一臺我公司為中國海洋石油公司制造的海水冷卻器,設(shè)備參數(shù)如下：換熱面積 30m2,直徑φ400mm。管程介質(zhì)：海水;設(shè)計壓力：1.3Mpa;設(shè)計溫度 35℃;主體材質(zhì)：TA2。殼程介質(zhì)：天然氣;設(shè)計壓力 1.0Mpa;設(shè)計溫度 175℃;主體材質(zhì)：Q345R。其中管程筒節(jié)材質(zhì) TA2,厚度為 10mm;管板材質(zhì)：TA2,厚度為：45mm;換熱管規(guī)格為：φ19×2,材質(zhì)：TA2。換熱管與管板連接采用強度焊。

1 鈦材的焊接性能

鈦是非常活潑的金屬,高溫下與碳、氫、氧、氮等有很強的親和力,在焊縫中生成氫化鈦、碳化鈦、氧化鈦、氮化鈦等脆性化合物,使焊縫的塑性韌性下降。鈦的導(dǎo)熱系數(shù)小,熔點較高,焊接時容易出現(xiàn)熱量集中,高溫停留時間過長,會導(dǎo)致焊縫晶粒粗大,降低焊接接頭的綜合性能。因此,鈦材的焊接必須有良好氣體保護措施和合理的焊接參規(guī)范。

2 鈦材換熱器的焊接

該換熱器的焊接均采用鎢極氣體保護焊。焊絲選擇STA2Rφ2～3mm,焊絲符合 JB/T4745-2002《鈦制焊接容器》附錄D要求。電源極性為直流正接。保護氣體采用氬氣,純度不低于 99.9%。此設(shè)備的焊接包括 TA2板間對接;TA2換熱管與管板角接兩部分。

2.1 鈦板對接焊接工藝 (1)加工坡口。采用 V型坡口, 1+0.50mm鈍邊,坡口角度 30+2.5–2.5°。坡口采用機械方法加工,表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。(2)清洗。焊前用丙酮將焊絲及坡口兩側(cè)表面至少 50mm范圍內(nèi)清洗干凈,并在 2h內(nèi)焊接,否則重新清洗。(3)施焊過程中嚴格實施尾部拖罩和背面拖罩保護。(保護罩見圖一)。(4)按表 1焊接參數(shù)施焊,焊接過程中焊絲不擺動。(5)每層焊接完畢后檢查焊縫表面顏色,表面顏色不合格焊層應(yīng)去除重新焊接。

圖1 保護罩

保護罩的銅管及擋板上均勻鉆孔,以使氣體均勻流出。尾部拖罩加在焊槍后部,用于加強正面保護,背面拖罩置于焊縫背面并根據(jù)焊接速度移動。拖罩根據(jù)焊口形狀尺寸而定。需保證高溫區(qū)的鈦板全部置于保護之中,保護氣體要提前輸入并在焊縫冷卻至 400℃以下時才能停氣。

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2.2 換熱管與管板角接 換熱管與管板的焊接難點在于：①換熱管及管板四周無法有效的氣體保護。②換熱管管壁薄不易散熱產(chǎn)生熱量集中。

圖2 銅柱

我們在換熱管中塞入銅柱(見圖二),有效地解決了氣體保護和散熱的難題。銅柱中心鉆φ3孔,端部加工斜面如圖。焊接時,焊接換熱管及四周換熱管中均塞入銅柱,焊接換熱管內(nèi)的銅柱距換熱管管端 10mm左右距離,起保護氣體回流作用,四周換熱管內(nèi)的銅柱與換熱管端平齊,起散熱作用。采用銅材質(zhì)是因為其具有良好的導(dǎo)熱性能。

圖3 換熱管與管板焊接詳圖

管板管孔加工 2×45°坡口,換熱管外伸 2mm,焊角高≥1. 5mm(見圖三)。焊接前須將管孔內(nèi)部及四周、換熱管頂端50mm范圍內(nèi)用丙酮清洗干凈。鎢極距管板 1～1.5mm,鎢極與管孔夾角 15～20°,焊接速度 1.5～2r/min。換熱管與管板焊接規(guī)范參數(shù)見表 1。焊接時盡量選取較小線能量,即在保證焊縫成型良好的前提下,選用小的焊接電源和大的焊接速度,多層多道焊時應(yīng)在前道焊縫冷卻后再焊下一道,以避免金屬過熱和晶粒粗大現(xiàn)象。

3 焊后檢查

焊后首先需對焊縫外觀宏觀檢驗,如焊縫成形良好,表面呈銀白色則表明焊縫具有良好性能。如果焊縫呈黃色、藍色表明焊縫被氧化塑性稍有下降,但可以使用。如果焊縫呈青紫色、甚至暗灰色則表明焊縫氧化嚴重,塑性下降易有夾渣、裂紋、氣孔等缺陷。焊縫出現(xiàn)此種顏色需重新進行焊接。宏觀檢驗后對板間對接焊縫按圖紙要求進行射線探傷,符合JB/T4730.2-2005《承壓設(shè)備無損檢測》Ⅱ級合格,管板角焊縫進行著色探傷,符合 JB/T4730.5-2005《承壓設(shè)備無損檢測》Ⅰ級合格。探傷合格后對設(shè)備進行酸洗,酸洗液采用HF3%+HNO3水溶液,酸洗溫度控制在 40℃以下以防鈦被氫化。

4 結(jié)論

由于采用合理的焊接工藝參數(shù),有效地氣體保護措施,此鈦材換熱器焊接接頭力學(xué)性能完全符合設(shè)計要求,并獲得良好外觀質(zhì)量得到客戶好評。

[1]余燕,吳祖乾.焊接材料選用手冊.上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社

[2]黃嘉琥,應(yīng)道宴.鈦制化工設(shè)備.化工工業(yè)出版社

O614.41

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1003-3467(2010)10-0089-01