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最火汽提塔钛板衬里的等离子弧焊接QA

2021-11-25 18:24:26

汽提塔钛板衬里的等离子弧焊接

摘要:通过对工业纯钛的等离子弧的焊接工艺介绍,分析了钛的焊接要点,提出了钛在焊接时熔池和焊接区的保护措施,并从保护装置和喷嘴形式上做了改进,从而在合理的规范参数下获得满意的接头质量。

关键词:工业纯钛 等离子弧焊接 保护拖罩 喷嘴

0 前言

我厂试制了国产第一套年产30万吨合成氨成套设备的,其中年产24万吨尿素配套设备中的CO2汽提塔,是在高温、高压、腐蚀条件下使用的,这台汽提塔采用了国产工业纯钛作衬里材料。汽提塔高压室衬钛厚度为5mm和10mm两种,材料牌号为TA1(2)阻燃材料系列—让家电更加安全放心工业纯钛,最火汽提塔钛板衬里的等离子弧焊接QA

目前,钛材的焊接主要采用钨极氩弧焊接,等离子焊具有能桥面聚脲防水层出现“病害”量集中,穿透力强、单面焊双面成型,最火汽提塔钛板衬里的等离子弧焊接QA

坡口制备简单,质量稳定以及生产效率高等许多优点。针对工业纯钛等离子焊的特点,进行了试验研究,成功地将等离子弧焊用于汽提塔的钛板衬里焊接,包括封头和管板爆炸复合用5mm大张钛板的拼接,以及5、10mm厚钛板衬里筒身平板拼缝与筒身合拢纵缝的焊接,焊接质量达到设计要求。

1 焊接设备

采用LH-300型等离子弧自动焊机,配Z×G-300硅整流电源。等离子焊枪为自行设计的新型焊枪,采用了同心度可调的可卸式水冷钨极、钨极内缩连续可调等结构,使枪体的密封和调整可靠而简便,枪体的加工制造也大为简化,并提高了枪体使用的可靠性与寿命。这种新型等离子弧焊枪已在产品焊接中经受了考验。

2 焊接钛的保护措施

针对钛需要保护温度高于300℃的区域这一特点,焊接试验中设计了专门的保护装置。

2.1保护拖罩

除了焊枪本身具有的保护嘴之外,尚需在焊枪上拖挂专门的保护拖罩。最初我们采用常规的氩弧焊用的箱式拖罩。由于等离子弧柱从熔池反射出的焰流温度高,易将铜丝烧坏,改用钻密集小孔的薄铜板代替铜,并在拖罩两侧固定两条聚四氟乙烯挡板,挡板紧贴在工件上移动,这不仅增强了保护效果,而且还解决了拖罩与工件间的绝缘问题。用这种经过改进的保护拖罩(图1)焊接5毫米厚钛板,焊缝及热影响区均为银白色,保护效果良好。

焊接10毫米钛板时,采用图1所示结构的保护拖罩,保护效果不好。从引弧处起,约150毫米长的焊缝长度内,表面呈暗灰色,焊缝其余长度内亦呈黄兰紫等不同氧化色彩,只有焊缝结尾处呈银白色。虽然对保护拖罩经过多次改进,仍然达不到予其的效果。在分析了10毫米厚钛板焊缝产生表面氧化色的原因,认为其主要是由于焊件厚度增加,焊接热能量增加,焊接接头区散热慢,冷却不足就脱离保护而造成的。基于这一分析,设计一种结构独特的水冷却保护滑块(图2)。它既起保护作用特别是汽车,又能将焊件来不及较快散走的热量带走很大一部分。经过长期使用表明,水冷保护滑块的保护效果良好,而且比原先设计的保护拖罩节省40%的氩气。以后的试验与生产焊接中,完全取代了保护拖罩,用于焊接5毫米和10毫米厚钛板。

2.2保护垫板

除了焊缝正面需要严密地保护外,对焊缝背面亦需加以专门保护。单靠由等离子弧形成的小孔穿过的少量氩气,是全部实验进程由微机键盘操作不足以对背面起保护作用的。我们设计了镶有铜板的钢垫板(图3),从背面通氩保护焊缝,效果很好。通氩的铜管偏置垫板凹槽一侧,是为了避免被穿透的等离子弧烧坏。产品焊接用垫板的结构与图3所示相同。其长度为3200毫米,通氩气的铜管分成两段,从垫板两端分别通氩保护。

采用上述焊枪及水冷保护滑块和保护垫板后,焊缝正反两面均可充分保护,焊接区域均可达到银白色。

3 焊接准备工作

3.1 焊前清理

焊接钛时,焊口两侧一定距离内必须清除一切油污及表面氧化层。我们采用酸洗或机械清理两种清理办法。以机械清理方法更为简便。

机械清理方法如下:用丙酮除去焊口两侧100毫米内的油污,用细砂布除去两侧50毫米内的氧化层,直至露出干净的金属为止,再用棉砂蘸丙酮擦洗2~3遍,即可进行焊接。填充焊丝出厂前已经过酸洗,使用前仅用丙酮擦洗一遍。用上述机械清理方法清理后,焊前坡口铁离子污染检查合格,焊后对焊缝含Fe量的分析结果,也完全满足要求(表1)。

3.2 装配要求

焊口系机械加工出的直边坡口,比较规整。考虑到产品焊接时,必然会存在装配间隙及错边。为此对间隙0~1.5毫米,错边0~1.5毫米及两种情况同时存在条件下的试板,进行了焊接试验。采用表2所列的规范3焊接,填充焊丝速度为96米/时,均可得到过渡平滑而饱满的焊缝。由此可见,焊接钛时,并不要求过严的装配条件。最火汽提塔钛板衬里的等离子弧焊接QA

4 焊接工艺参数

纯钛熔融状态下表面张力较大,同时流动性又很好。这种物理特性使其有利于采用小孔效应的等离子弧焊接,不易产生切割现象,焊缝易于成形,焊接过程稳定,焊接规范在较大范围内变化,都能得到成形的焊缝。

4.1 5毫米厚钛板的焊接工艺参数

5毫米厚钛板用圆柱形喷嘴焊接,有两种合适的规范(表2):第一种规范焊速低,焊缝宽;第二种规范焊速高,焊缝窄,但是对焊缝的对中要求高。用带有60°扩放角的喷嘴(图4),可以兼有圆柱形喷嘴两种规范的优点:焊速可以提高,焊缝对中要求较低,焊缝形成美观。所以,焊接5毫米厚钛板主要采用了60°喷嘴。采用的焊接规范见表2。不加填充焊丝焊接时,焊缝两侧均有程度不同的咬边,加少量填充焊丝后,完全消除了咬边。

4.2 10毫米厚钛板的焊接规范

5毫米厚钛板采用60°喷嘴焊接具有焊接速度高、焊缝成形美观的优点。但焊接电流比圆柱形喷嘴要大得多。由于电源容量的限制,10毫米厚钛板仍用圆柱形喷嘴焊接,规范参数见表3。

5 焊接中注意事项

5.1 重复加热的影响

最初,为了清除无填充焊丝时焊缝两侧的咬边现象,采用以压缩较小的90~150安培小电流等离子电弧重熔焊缝咬边部位。结果发现焊缝及近缝区晶粒明显长大。弯曲试验表明,经重熔的接头,弯曲角有时达不到180°(d=3a)。重熔五次的接头,弯曲试验时可见到明显的小裂口。因此,应该严格控制焊接热规范,减少焊缝及近缝区在高温停留时间,尽量少对焊缝进行重复加热。考虑到产品尺寸较大,焊接过程中产生缺陷的可能性难以绝对避免,故规定允许对焊缝局部返修两次。此时,虽然塑性有所降低,但仍然达到弯曲角≥90°(d=3a)的设计要求。

5.2 变形控制

钛的弹性模量为钢的一半,所有在同样的焊接应力条件下,产生的焊接变形比钢要大一倍。等离子弧焊时,由于是一次焊透整个板厚,正反两面受热比较均匀,其角变形要比氩弧焊小得多。我们在拼接直径2800毫米的封头复层板时,未采用专门夹具,仅在焊缝一侧压了一根100×100毫米的方钢,另一侧靠断面40×300毫米的焊车轨道压紧,焊后变形不大,满足了封头爆炸复合的要求。

5.3 焊接缺陷

在正常情况下焊接钛时,一般不易产生焊接缺陷。我们只遇到过一次因焊接电流值过低而产生的气孔缺陷。用表2所列的规范3焊接5毫米的封头复层拼板时(焊缝长约3米),焊接过程中会因路电压降低,焊接电流偏低至235安培时,在焊缝中心结晶面上产生连续细小的内部气孔。经用正常规范重新熔焊一次后,消除了这种缺陷。

此外,在焊接时应特别注意焊枪喷咀孔与坡口接缝的对中,否则就会造成焊缝背面局部未熔合的缺陷,这是特别危险的具有尖缺口的缺陷。当存在未熔合的缺陷时,必须对中重焊。

6 焊接接头的性能

6.1 产品技术条件对焊接接头的要求

(1)TA1钛板焊缝的化学成份除Fe≤0.08%外,其它应接近母材。

(2)拉伸试验和常温冲击试验结果不得低于母材的规定值。

(3)冷弯试验≥90°(d=3a)

(4)焊接接头的主要组织为α相,β相和α′相应控制到最少,不允许5、油量充足应当不属于实验机的故障含有γ相

(5)焊缝经100%X光检验,质量标准应符合JB"焊缝射线探伤标准"规定Ⅱ级。

(6)表面检查不允有任何裂缝、气孔和深度大于0.5毫米的咬边。

6.2 接头质量

钛板焊后经检验,各项力学性能均达到要求,焊缝为单相α组织,没有α1等脆性相。焊缝及母材的化学成分合格。焊后经X射线检验未发现任何缺陷。完全满足产品设计要求,接头质量优良。

7 结论

(1)所设计的焊枪、水冷保护滑块及保护垫板等,满足工业纯钛板等离子弧焊接工艺的要求,可以获得保护良好,成形美观的焊缝。

(2)从机械性能、金相检验、化学分析和X射线探伤检验的结果来看,选用的焊接规范参数是合理的,能满足产品设计要求。

(3)等离子弧焊接能一次焊透焊件整个厚度,大大提高了生产率。以10毫米厚钛板为例,比钨极氩弧焊能提高效率5~6倍。同时,对焊工的操作熟练程度要求较低,质量稳定,是一项值得大力推广的先进焊接工艺。

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