王文濤+白曉琳

（沈陽(yáng)東方鈦業(yè)股份有限公司）

摘 要：金屬鈦?zhàn)鳛橐环N活潑金屬，焊接時(shí)極易被氧化。須在專(zhuān)用場(chǎng)地施焊，將焊接表面嚴(yán)格清理，鎢極氬弧焊時(shí)輔以拖罩方式保護(hù)，可以避免氣孔和裂紋缺陷，接頭質(zhì)量通過(guò)顏色來(lái)檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鈦材；氧化；氬氣保護(hù)；顏色檢驗(yàn)

鈦及其合金由于密度小質(zhì)量輕，并且具有良好的力學(xué)性能，大量地使用在航空、航天等尖端領(lǐng)域，隨著石油、化工行業(yè)的飛速發(fā)展，由于鈦及其合金在鹽水及大多數(shù)酸、堿、鹽類(lèi)介質(zhì)中均具有較優(yōu)良的抗耐蝕性能，此外還有良好的力學(xué)性能和低溫沖擊韌性，因此鈦及其合金越來(lái)越受到石油化工行業(yè)的青睞，被廣泛制造成復(fù)合板、反應(yīng)釜、分離塔或各類(lèi)換熱器等。石油化工行業(yè)由于使用了鈦制化工設(shè)備，大大降低了維修及更換設(shè)備次數(shù)，從而節(jié)約了時(shí)間和生產(chǎn)成本。在鈦材化工設(shè)備制造過(guò)程中，公司對(duì)鈦材的技術(shù)要求及工藝性能、焊接性能進(jìn)行了分析，克服了主要技術(shù)難點(diǎn)，圓滿地完成了制造任務(wù)，并順利地通過(guò)了各方檢驗(yàn)。

1、鈦材鹽水冷卻器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鈦制鹽水冷卻器的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，與一般的管殼式換熱器并無(wú)過(guò)多的差別，但因其工作介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，因此在管程設(shè)計(jì)上選用了鈦材TA2。管箱采用8mm的TA2板材卷制而成，換熱管是Φ25X2的TA2換熱管，管板是16MnIII鍛件與TA2板材爆炸復(fù)合而成。殼體部分選用的是Q345R。

2、鈦材的焊接特點(diǎn)

液態(tài)金屬鈦流動(dòng)性較好，表面張力大，因而采用鎢極氬弧焊焊接時(shí)焊縫成型非常均勻、美觀；由于鈦是一種活潑金屬，高溫下鈦與氧、氫、氮反應(yīng)速度較快，因而焊接鈦及其合金時(shí)，要用保護(hù)氣體重點(diǎn)保護(hù)300℃以上的焊縫及熱影響區(qū)。在鎢極氬弧焊時(shí)，僅依靠噴嘴保護(hù)是不夠的，要輔以拖罩局部或整體保護(hù)方式，否則會(huì)造成焊縫吸氧、吸氫、吸氮，從而導(dǎo)致焊縫塑性下降，脆化程度加重，甚至出現(xiàn)焊后裂紋。鈦及合金的焊接保護(hù)是否正確或合適，可通過(guò)焊縫及熱影響區(qū)的顏色來(lái)檢驗(yàn)。

此外，鈦及其合金只要焊前進(jìn)行嚴(yán)格的清理工作，選擇合適的焊接填充材料和氬氣做保護(hù)氣，氣孔和裂紋等缺陷是可以避免的。

3、管箱的制造

3.1 管箱短節(jié)焊縫應(yīng)采用機(jī)械刨邊加工坡口，坡口表面不得有分層，裂紋等缺陷，并保證外周長(zhǎng)的偏差不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。短節(jié)卷制形成過(guò)程：先進(jìn)行端部預(yù)彎，經(jīng)弧形樣板檢測(cè)合格，用滾板機(jī)彎制成形，組對(duì)定位焊，檢測(cè)錯(cuò)邊量，檢測(cè)對(duì)接間隙，符合工藝要求，清除坡口及其兩側(cè)25mm范圍內(nèi)的油銹、雜質(zhì)，按焊接工藝要求在筒節(jié)縱縫延長(zhǎng)部位組對(duì)引、熄弧板，組焊縱焊縫后進(jìn)行筒體校圓。

3.2 管箱封頭用鈦板應(yīng)切割下料，做材料標(biāo)記移植后采用冷成形工藝制造。檢查封頭幾何尺寸表面形狀：直邊部位不得有縱向皺折；最小厚度滿足圖紙要求；用弦長(zhǎng)相當(dāng)于封頭內(nèi)徑的間隙樣板檢查封頭內(nèi)表面形狀偏差；內(nèi)直徑公差；直邊部位最大最小直徑差；直邊高度允差；直邊部位外圓周長(zhǎng)；直邊傾斜度；封頭總深度公差；尺寸檢測(cè)合格后按焊接工藝加工坡口。

3.3 圖紙要求管箱的所有A、B類(lèi)焊縫進(jìn)行100%射線檢測(cè)，II級(jí)合格；所有的C、D類(lèi)焊縫以及支耳與短節(jié)間的角焊縫進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，I級(jí)合格。

3.4 整個(gè)組裝過(guò)程應(yīng)在鈦材專(zhuān)用區(qū)域進(jìn)行，組裝中要特別注意對(duì)鈦材表面的保護(hù)，必須用軟質(zhì)材料加以保護(hù)，防止鐵離子污染和表面劃傷。

4、管束的制造

4.1 按照設(shè)計(jì)要求鈦管與管板間采用強(qiáng)度焊加貼脹。產(chǎn)品正式脹接前先對(duì)試樣進(jìn)行模擬試驗(yàn)，確認(rèn)工藝成熟了再進(jìn)行產(chǎn)品脹接。為防止焊接變形影響脹接質(zhì)量，焊接管頭過(guò)程中嚴(yán)格采取對(duì)稱焊，脹接工作必須要在焊接全部完成后方可進(jìn)行。

4.2 對(duì)管板不平度進(jìn)行檢查，然后進(jìn)行100%UT檢測(cè)，貼合率100% 。按圖加工管板各尺寸符合圖紙技術(shù)要求，管板密封面應(yīng)與軸線垂直；管孔應(yīng)嚴(yán)格垂直于管板密封面，孔表面不允許存在貫通的縱向條痕。管板加工完后按規(guī)定清洗，無(wú)任何污物、雜質(zhì)、毛刺等，并擦干。

4.3 鈦的機(jī)械加工應(yīng)采用較大的進(jìn)刀量和較低的切削速度，在切削過(guò)程中不應(yīng)停止走刀。應(yīng)使用足夠的切削潤(rùn)滑冷卻液，以防止加工表面發(fā)熱氧化。管板的管孔采用先鉆后鉸。鉸孔的余量控制在單邊0.4mm 左右，適當(dāng)降低管孔表面粗糙度，避免出現(xiàn)毛刺和劃痕，切忌出現(xiàn)縱向劃痕。

4.4 管束組裝：按圖紙要求組裝拉桿、定距管、折流板與管板，并在穿入數(shù)根換熱管后擰緊螺母，然后逐根穿入換熱管，穿管時(shí)不得強(qiáng)行敲打，換熱管表面不應(yīng)出現(xiàn)凹癟或軸向劃痕，同時(shí)穿管時(shí)不能施加過(guò)大外力，防止鈦管變形或造成換熱管表面劃傷。

4.5 換熱管與管板的焊接：用丙酮擦洗管板與換熱管施焊處，按焊接工藝要求點(diǎn)焊換熱管與管板；用削平器削管頭保證換熱管伸出長(zhǎng)度；用丙酮擦洗管板與換熱管施焊處；按焊接工藝要求焊接換熱管與管板接頭。對(duì)換熱管與管板焊接接頭進(jìn)行100% PT檢測(cè)，焊接接頭質(zhì)量不低于I級(jí)為合格。

5、鈦材的焊接

工業(yè)純鈦的焊接主要解決焊縫和熱影響區(qū)的表面保護(hù)和焊縫中產(chǎn)生氣孔問(wèn)題。由于鈦在高溫下（大于300℃）對(duì)氧氫氮有極大的親和力，所以鈦材在焊接時(shí)應(yīng)在空氣潔凈無(wú)塵無(wú)煙的專(zhuān)用場(chǎng)地進(jìn)行，場(chǎng)地鋪設(shè)橡膠等軟墊。此外還要采取以下措施：

（1）對(duì)母材、焊材表面進(jìn)行處理，用酒精或丙酮仔細(xì)清洗。焊接時(shí)所用的輔助裝置也應(yīng)注意清潔。

（2）保護(hù)氣體氬氣選用純度為高于99.99%。

（3）控制保護(hù)氣流量，氣流量過(guò)小保護(hù)不好，過(guò)大易形成渦流。焊鈦時(shí)噴嘴的氣流量為15-18L/min左右，背面氣流量為15L/min左右，拖罩的氣流量為20L/min左右。

焊接TA2縱環(huán)焊縫及角焊縫采用的是脈沖氬弧焊機(jī)，是Φ2.0的STA2R焊絲；而焊接換熱管與管板使用的是管頭氬弧自動(dòng)焊機(jī)，是Φ0.8的STA2R焊絲。正式生產(chǎn)前我公司按照J(rèn)B4745-2002附錄B對(duì)鈦材進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定，其焊縫經(jīng)過(guò)外觀及射線檢測(cè)合格，其拉伸、彎曲結(jié)果表明，強(qiáng)度、韌性等機(jī)械性能均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

按焊接工藝評(píng)定確定的焊接規(guī)范焊接此臺(tái)鈦材鹽水冷卻器，焊后對(duì)鈦焊縫的進(jìn)行外觀檢查，要求不應(yīng)有咬邊、未焊透、未熔合，并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定判斷其顏色是否合格。顏色檢查合格后再進(jìn)行100%射線檢測(cè)，結(jié)果其主體A、B類(lèi)焊縫一次合格率達(dá)到96%，焊接質(zhì)量非常好。

6、結(jié)束語(yǔ)

（1）鈦制鹽水冷卻器的制造，關(guān)鍵是要控制好鈦材焊接接頭的質(zhì)量。選擇適當(dāng)?shù)暮附硬牧虾秃侠淼暮附右?guī)范參數(shù)，正確地進(jìn)行氬氣保護(hù)，防止鈦焊縫表面氧化。

（2）對(duì)脹接的換熱管與管板結(jié)構(gòu)，最主要是控制好換熱管與管孔間的間隙，除了要控制好管板孔的直徑的加工精度，還應(yīng)選用高精度尺寸的鈦管以保證間隙的基本一致。這樣才能保證貼脹的脹接質(zhì)量。