李冠華 張文廣 盧二明 牛松濤 王萬河 孫貴卿

（石家莊工大化工設備有限公司)

0 前言

以鈦材牌號TA2為主體材料的刮板薄膜蒸發(fā)器是一類蒸發(fā)壓力容器，其技術關鍵在于材料的坡口加工工藝、保護工裝和施焊過程中的一些工藝措施。為了探索TA2板材的焊接特點和解決施焊過程中出現(xiàn)的問題，確保焊接質量和產(chǎn)品的各項力學性能指標，進行了大量的試驗，設計了大量的保護工裝，通過試驗及分析確定了最佳的工藝參數(shù)，最后完成了焊接試件及產(chǎn)品的焊接，各項指標均符合設計要求。

1 設計參數(shù)

刮板薄膜蒸發(fā)器主要設計參數(shù)：設計壓力0.6 MPa，設計溫度135℃，工作介質為氰乙酸溶液，主體材料TA2，所有A、B類焊接接頭均100%X射線檢測，按JB/T 4730.2—2005《承壓設備無損檢測》的規(guī)定，RT檢測達到Ⅱ級標準要求為合格。

3.3 數(shù)字PCR平臺應用的局限性 不同平臺之間性能存在較大差異，以及不同技術原理、所需操作技術要求不同。例如，微滴數(shù)字PCR和芯片式數(shù)字PCR在通量、分散程度存在差別，微滴數(shù)字PCR分散體系生成更為簡便，對技術人員操作要求較低。此外不同的檢測儀器的準確度、精確度存在差別，對不同的預擴增液、微滴發(fā)生油，兼容性存在差別。尤其是，微滴式數(shù)字PCR平臺之間由于微滴發(fā)生油的種類、微滴發(fā)生技術的差異，微滴數(shù)量為20 000～2 000 000不等，這樣可導致檢測精度存在差異，理論上，微滴數(shù)量越多，定量越精確。由于采用的技術不同，實驗室間難以形成統(tǒng)一的標準。

2 設備主體材料的化學成分和力學性能

主體材料TA2，δ=10 mm，技術條件為GB/T 3621—2007《鈦及鈦合金板材》，供貨狀態(tài)為退火狀態(tài)，板材的化學成分見表1，室溫力學性能見表2。焊絲牌號ERTA2，規(guī)格?3.0 mm，技術標準為GB/T 3623—2007，焊絲的化學成分見表3。

表1 板材化學成分

表2 板材室溫力學性能

表3 焊絲化學成分

3 鈦的焊接性分析

TA2是工業(yè)純鈦，主要應用于化工、造船、醫(yī)療等工作溫度在350℃以下、受力不大的耐蝕零件，影響其力學性能和焊接性能的因素主要是雜質元素的含量。

3.1 鈦元素的化學性質

鈦是非常活潑的金屬，高溫下與許多氣體有很強的親合力。鈦加熱至300℃時開始吸收氫，400℃時明顯氧化，500℃時明顯氮化，600℃時氧化、氮化均很劇烈，1000℃時碳與鈦發(fā)生反應。由于氫、氧、氮、碳均是間隙元素，溶于鈦形成間隙固溶體，使晶格產(chǎn)生較大的扭曲和畸變，變形抗力增加。上述元素在溫度降低時溶解度會下降，會析出氫化鈦、氧化鈦、氮化鈦等脆性化合物，使鈦焊縫的強度和硬度增加，塑性和韌性嚴重下降，引起焊縫的脆化。因此鈦的焊接必須在惰性氣體的保護下進行，不但熔池處要保護 （利用焊槍保護），而且在焊后冷卻初期焊縫與熱影響區(qū)都要保護 （后拖裝置保護），即300℃以上區(qū)域都應處于惰性氣體保護下。焊接熄弧后焊絲不得立即暴露在空氣中，如果焊絲被氧化，應將氧化部分去除。

3.2 存在裂紋的可能性

鈦中磷、硫、碳等能在晶界與鈦形成低熔點共晶的雜質很少，有效結晶溫度區(qū)間窄，焊縫凝固時收縮量小，因而通常不會產(chǎn)生焊縫的熱裂紋。鈦焊縫的裂紋是冷裂紋，屬氫致裂紋，它是由于熔池中氫的含量過高造成的。含有過飽和氫的α相發(fā)生共析反應，析出氫化鈦，氫化鈦本身強度低，共析反應中的體積膨脹會引起很大的晶間內應力，可能產(chǎn)生晶間微裂紋，并擴展成裂紋。所以對于鈦的焊接，只要控制好焊絲的雜質含量，焊前將焊絲和工件表面的水分、油污、氧化膜等雜質清除干凈，即控制住氫的來源，焊縫一般就不會有裂紋出現(xiàn)。

3.3 氣孔的產(chǎn)生

3.3.1.3 基材

模型制備后立即尾iv給藥，給藥體積為5mL/kg，模型組給予等體積0.9%氯化鈉注射液。給藥后繼續(xù)禁食禁水，24 h后用CO2吸入處死，沿賁門向上鈍性分離并剪取食管約3～4 cm，沿縱軸將食管剪開，生理鹽水沖洗干凈，鋪平，肉眼觀察病變程度并評分（評分方法見表1），計算食管炎抑制率。

3.3.1 直接因素

5.2.2 無損檢測

應當在焊接區(qū)進行充分的氬氣保護，并應使用不會混入氧、氮、氫等不純氣體的保護工裝，這樣才可防止氣孔的產(chǎn)生。這里要注意的問題是，增加氬氣時要平緩，若突然加大氬氣流速，會引起紊流而使空氣、塵?；烊氡Ｗo氣體中，不利于氬氣保護。

3.3.1.2 填充金屬

3.3.2 間接因素

其中，IEEE率先啟動了NG-PON技術的標準制定，單根光纖上支持25 Gbit/s下行速率，同時也可以支持10 Gbit/s或25 Gbit/s的上行速率，并且可以和10 G EPON兼容。而對于50 Gbit/s需求帶寬，采用多波長疊加技術和通道綁定技術可以提供2個25 Gbit/s通道，實現(xiàn)50 Gbit/s帶寬，其標準預計2019年中提交發(fā)布。

鈦材的焊接易產(chǎn)生氣孔，雖然這種氣孔與鋼鐵、鋁的焊接發(fā)生的氣孔相比要少，但有時氣孔數(shù)量也相當多，用射線檢測焊縫，其等級往往較低。造成鈦材焊接產(chǎn)生氣孔的因素多而復雜，主要的原因有以下兩方面。

在坡口周圍必須用不銹鋼絲刷進行清理，將氧化物和其它雜質完全去除，然后再用丙酮等進行脫脂處理。對坡口處進行打磨處理是不合適的，應當用旋轉刀具進行精加工。

不應使用表面粗糙的填充金屬。在施焊前填充金屬必須用丙酮等進行脫脂處理。

3年前，馬爹爹發(fā)現(xiàn)頭頂上長了一個皰，很癢，便動手將皰摳破了，沒想到從此瘙癢感從頭頂蔓延到全身。這種癢很不“講究”，說發(fā)作就發(fā)作，一癢就是幾個小時。

4 焊接工藝方案

4.1 焊接方法

焊接方法采用手工鎢級氬弧焊。采用配有高頻啟動器的焊機，采用直流正接。

4.2 焊接坡口的設計

鈦材焊接時流動性好，所以設計坡口時選擇V形坡口，坡口角度60°、鈍邊2 mm，焊接間隙3～4 mm。

4.3 氬氣保護

焊接用的氬氣純度不應低于99.99%，露點不應高于-50℃，且符合GB/T 4842的規(guī)定。瓶裝氬氣的壓力低于0.5 MPa時不宜使用。

氬氣保護的效果直接影響焊接質量。在焊接和焊后冷卻過程中，焊縫與熱影響區(qū)的溫度高于300℃的區(qū)域必須置于氬氣保護之下。如果保護不到位，在焊接時金屬就會與氧、氮等氣體反應，熔敷金屬的硬度將顯著增大，從而伸長率降低而變脆。氬氣的保護效果可以通過焊縫的顏色來判斷，如表4所示。

糧食的可獲性：是指可以獲得符合質量及數(shù)量要求的糧食，糧食可以是國內生產(chǎn)的，也可以是進口的（包括糧食援助）。糧食的可獲性表述的是糧食安全的“供給方面”，是由糧食生產(chǎn)水平和交易量決定的。

表4 氬氣的保護效果與焊縫顏色判斷

關于焊接區(qū)的脆化 （氧化、氮化）問題，只要對焊接高溫區(qū)進行充分的氬氣保護，并在焊前對焊接接頭區(qū)進行仔細凈化，就完全能得到解決。

4.4 焊絲的選擇

在正常焊接工藝下，所用焊絲應使焊縫的抗拉強度達到母材退火狀態(tài)抗拉強度標準值的下限，同時塑性不低于退火狀態(tài)下的母材或與母材相當，并使焊縫的耐腐蝕性能也與母材相當。

坡口原則上采用機械加工。對曲面或復雜形狀的坡口，往往是在熱切割后進行打磨精加工。但打磨處理過的坡口，即使清洗后也會殘留有氧化硅等微粒，這是造成氣孔等焊接缺陷的重要因素，所以打磨處理過的鈦材坡口面還必須用旋轉刀具進行加工。試件與產(chǎn)品焊接前應將坡口的毛刺清理干凈，一般先使用手工處理，然后再用丙酮或乙醇清洗脫脂，并將坡口、焊絲擦干凈，隨時焊隨時清理，不要擱置時間太長。在焊接過程中出現(xiàn)焊接缺陷時，不要用電動砂輪進行清除，而要用旋轉刀具進行清除。

4.5 焊接操作方法

鈦材的焊接采用氬弧直流正接法，并應配備高頻啟動器。起弧時應將鎢極靠近基體約3～5 mm，不能將電極與基體直接接觸。另外，焊接完畢焊炬不能立即離開焊縫，應使焊絲和焊接高溫區(qū)在氬氣的保護下冷卻。若斷弧后立即將填充金屬從保護氣體中取出，其尖端會氧化，所以必須在保護氣體下冷卻。如果焊絲發(fā)生氧化，應將氧化部分去掉。

4.6 焊接保護裝置的設計

設備焊縫的打底焊、填充焊和蓋面層焊接時，除了焊槍通氬氣進行保護外，還要采取其他保護措施。例如，采取后拖保護裝置，見圖1；背面用自制工裝通氬氣進行保護，見圖2；外環(huán)焊縫焊接時采用背面保護裝置，見圖3；內環(huán)焊縫焊接時采用背面保護裝置，見圖4；管管對接時采用保護室，見圖5。管-板角焊縫均按照相同的原理設計了相應的保護裝置。為了防止鐵離子的污染，所有氣體保護裝置均采用不銹鋼加工。

圖1 平板對接及縱縫后拖保護裝置

圖2 平板對接及縱縫背面保護裝置

圖3 外環(huán)焊縫焊接時背面保護裝置

圖4 內環(huán)焊縫焊接時背面保護裝置

圖5 管管對接保護氣室

4.7 焊接工藝參數(shù)

經(jīng)過反復試驗，確定了焊接工藝參數(shù)，如表5所示。

間接因素主要是焊接條件。熔融時間越長，氣孔消失就越明顯，所以焊接速度以慢為好，并應盡量采用小電流。

表5 焊接工藝參數(shù)

4.8 其他

焊絲中的氮、碳、氧、氫等雜質元素含量上限值應大大低于母材中雜質元素的標準含量上限值。一般不允許從母材上裁條充當焊絲。

5 焊接工藝評定方案

5.1 試件的焊接

材料牌號：TA2；材料狀態(tài)：退火狀態(tài)；材料規(guī)格：10 mm×125 mm×300 mm，2件；焊接位置：1G；焊接方法：鎢極氬弧焊；保護裝置：平板對接時后拖保護裝置見圖1，背面保護裝置見圖2；焊接材料：ERTA2；焊材規(guī)格：?3.0 mm；焊接電源與極性：直流正接。焊接工藝參數(shù)見表5。

5.2 檢驗項目及試驗結果

5.2.1 外觀檢驗

1.2 抽樣原則 黔東南州共有10個縣(市)種植烤煙，根據(jù)其烤煙種植面積和合同戶數(shù)確定每個縣(市)抽樣的抽樣數(shù)量，具體抽樣煙農(nóng)的分布情況見表1。其中，鎮(zhèn)遠種植面積最大，為2 840 hm2，合同戶數(shù)1 538，抽樣量108個。

IX53型光學倒置顯微鏡，日本 Olympus公司；LEICA EG 1150H型石蠟包埋機、LEICA TP 1020型自動脫水機、LEICA EG 1150C型超薄切片機，德國Leica公司；Power Pac TM Basic電泳儀，美國Bio-Rad公司；Bioshine Chemi Q 4800化學發(fā)光凝膠成像自動顯影儀，上海歐翔科學儀器有限公司；JA2003電子分析天平，上海天平儀器廠。

試件的焊縫與熱影響區(qū)正、反面顏色為銀白色或金黃色，說明保護效果良好，而且外觀上無裂紋、未熔合、未焊透、咬邊、表面氣孔、弧坑等缺陷。

最后，對于綜合素質較高的學生，要將一些教材之外的化學知識告知給每一位學生并將這些化學知識的具體應用方式進行講授，以此來擴展學生的知識面，滿足學生的學習需求。

3.3.1.1 焊接氣氛

“131”院落自治模式之所以成功，離不開上級單位（從中央的頂層設計，市區(qū)的高度重視，街道的放手支持）的大力支持；離不開社區(qū)黨委的無私付出；離不開社區(qū)居民的傾心參與。

試件按JB/T 4730.2—2005《承壓設備無損檢測》RT-Ⅱ級標準要求進行檢測。

5.2.3 力學性能檢測

經(jīng)濟發(fā)展新態(tài)勢下，更多經(jīng)濟元素出現(xiàn)，競爭也日趨復雜激烈，此背景下，企業(yè)就需要將更多關注重點轉移到對企業(yè)財務風險的控制與管理上來，加強對企業(yè)財務管理人員的培訓，使其樹立風險意識，提高對多方位財務風險的預估和評判水平，以便更好的去對企業(yè)財務進行管理和監(jiān)控，及時預防和處理財務風險和危機，從而提綱企業(yè)的核心競爭力。

橫向全厚度拉伸試件兩個。取樣位置應在焊縫打磨后從焊接接頭整個厚度上切取，按GB/T 228進行試驗。試驗結果其抗拉強度分別為600 MPa和620 MPa，在焊縫處斷裂，不低于標準規(guī)定的母材抗拉強度的最低值，滿足要求。

彎曲試驗為面彎和背彎各兩個試件。取樣位置應在焊縫打磨后從焊接接頭整個厚度上切取，按GB/T 2653進行試驗。在支承輥間距為103 mm、彎心直徑為100 mm、彎曲角度為180°的條件下進行兩個面彎、兩個背彎試驗，均為合格。

通過對焊接試件的檢測與分析，其各項技術指標均符合NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》標準要求，證明該焊接工藝方案是正確的。

6 產(chǎn)品的焊接和檢驗

6.1 產(chǎn)品的焊接

產(chǎn)品的焊接方法采用鎢極氬弧焊，焊接規(guī)范參考本文第4.7節(jié)，電源極性同本文第5.1節(jié)所述，保護氣體為99.99%的氬氣，焊絲采用ERTA2，焊絲規(guī)格為?3.0 mm。焊接時，在焊接和焊后冷卻過程中，必須將焊縫與熱影響區(qū)溫度高于300℃的區(qū)域置于氬氣保護之下，具體保護措施同本文第4.6節(jié)所述。對于筒體焊縫的延伸部位上組對產(chǎn)品的焊接試件，應當與筒體同時同規(guī)范焊接。

6.2 檢驗結果

6.2.1 外觀檢驗

站在最前面的是一個四十多歲的中年男人，他穿著講究，表情嚴肅，顯然就是剛才發(fā)號施令的人。果然，張大爺一到，就向他匯報起來：“李總，這倆小家伙是來參觀咱們蠟像館的，沒搞清楚開館時間，這不，撲了個空……”

產(chǎn)品的焊縫與熱影響區(qū)正、反面顏色為銀白色或金黃色，說明保護效果良好，而且外觀上無裂紋、未熔合、未焊透、咬邊、表面氣孔、弧坑等缺陷。

6.2.2 無損檢測

產(chǎn)品按JB/T 4730.2—2005《承壓設備無損檢測》標準要求，探傷合格率在96%以上。

6.2.3 產(chǎn)品焊接試件的力學性能檢測

式中：和Var(X)分別表示隨機參數(shù)的均值和方差向量;(·)[2]=(·)?(·),?代表Kronecker積。

試驗結果：拉伸試驗按GB/T 228進行，測定結果試件焊接接頭的抗拉強度為610 MPa，在熱影響區(qū)內斷裂；彎曲試驗按GB/T 2653進行，在支承輥間距為103 mm、彎心直徑為100 mm、彎曲角度為180°的條件下進行一個面彎、一個背彎試驗，試驗結果均無缺陷。產(chǎn)品焊縫的力學性能指標均符合NB/T 47016—2011《承壓設備產(chǎn)品焊接試件的力學性能檢驗》標準的要求。

7 結束語

通過焊接工藝試驗與分析，工業(yè)純鈦TA2焊接時，除了要確定合理的焊接工藝，包括焊接方法、坡口形式、坡口加工處理、焊絲的選擇和焊接工藝參數(shù)的調節(jié)之外，關鍵的一點就是要在焊接與冷卻過程中將焊縫與熱影響區(qū)溫度高于300℃的區(qū)域正反面均置于氬氣的良好保護之下，為此還自行設計制作了大量的氣體保護裝置。

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[2] 黃嘉琥．各國鈦容器規(guī)范要點(I)[J]．鈦工業(yè)進展，1995（5）：1-8.

[3] 羅國珍．中國鈦的研究與發(fā)展 ［J］．稀有金屬材料與工程，1997，26（5）：2-5.

[4] 崔昆．鋼鐵材料與有色金屬材料［M］．北京：機械工業(yè)出版社，1981：198-199.