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钛－钢复合板换热器管箱的焊接工艺点击：2156 日期：[ 2014-04-26 21:57:51 ] |
| 钛－钢复合板换热器管箱的焊接工艺 胡强年 （天津石化机械制造安装工程公司焊研室，天津300271） 摘要：介绍了钛钢复合板热交换器管箱制作的技术要点，用简单的办法解决了管箱接管翻边环的冲压工艺。对管箱的焊接、管板管头的焊接以及焊接环境、焊材的选择、气体保护的措施进行了详细的介绍。 关键词：钛钢复合板；换热器制作；焊接工艺 中图分类号：TG457文献标志码：B 0·概述 近年来，随着我国石油化工工业的蓬勃发展，国内制造和改造的装置中、醋酸作介质的设备如：热交换器、反应器、大型醋酸罐等大都采用钛钢复合板材料。钛材料以其优良的耐腐蚀性被制作成钛-钢复合板，这样可以节省大量昂贵的钛合金，大大降低了设备成本。天津石油化工公司化工厂在装置扩容改造时就有近10台钛钢复合板设备，包括换热器、大型醋酸母液罐等。本文就1台钛钢复合板换热器的焊接工 艺进行了介绍。 1·管箱材质及接管结构 该换热器直径为800 mm，管箱材质为TA0＋16MnR，厚度为（12＋2）mm，介质为醋酸。设备壳程筒体材质为16MnR，管板材质为TA0＋16MnⅢ锻件，复层材质TA0，厚为6 mm。换热管材质为TA0，规格为准25 mm×1．2 mm。 设备制造检验及验收应符合《压力容器安全技术监察规程》要求、GB/T 151—1999《管壳式换热器》、GB 13149—1991《钛及钛合金复合板焊接技术条件》和JB 4745—2002《钛制焊接容器》标准的规定，且必须满足本规定的要求。 该换热器管箱的接管及接管内钛材料衬里的结构如图1所示。 2·钛钢复合板的焊接特点 2.1钛钢复合板焊接的技术难点 钛与钢是不能直接熔焊的，也不存在过渡层的焊接问题。因为钛钢熔焊后会产生TiFe，TiFe2脆性化合物，所以钛钢复合板的焊接必须采用特殊的焊接工艺方法，即钛与钛焊，钢与钢焊。选用的钛钢复合板的接头形式如图2所示。 大多数复合板的强度都是靠基层钢板来保证，覆层的作用只是耐腐蚀。覆层加盖板的目的是用来防止腐蚀介质浸入碳钢层，在碳钢焊缝与盖板之间填加钛板材料填充。 2.2工艺评定 按JB 4745—2002附录B对TA0纯钛板进行工艺评定试验，用以检验钛材料焊接工艺性能。评定焊接工艺参数见表1。 2.3焊前准备 钛材的焊接要在车间中单独地划出一块区域进行，施焊期间要始终保持该区域清洁，所有施焊人员应穿干净的工作服，带针织手套或羊皮手套，不能带棉线手套。要穿胶底鞋或带上鞋套。 2.4 焊接顺序 将基层的碳钢部分在车间碳钢作业区焊接。由于本设备复合板基层只有12 mm厚，决定采用焊条电弧焊，而不采用埋弧焊。因为埋弧焊焊接参数太大，容易使钛材变颜色。即使采用焊条电弧焊时，也要控制道间温度在250℃以下。 2.5保护罩 钛的焊接关键在于如何避免焊接接头的污染和氧化，而紧跟焊枪后面的保护罩是至关重要的。焊前要根据管箱内不同的位置和不同的弧度，用0．2~0．5 mm的纯铜板制作保护罩。焊前将制作好的保护罩在试板上试焊。一是要检验焊接接头表面颜色，二是要检验罩内的气体流量。因为焊接工艺卡给定的参数是焊接实验室的数据，所以现场焊接时，要根据管路的长短和保护罩的大小，重新调整一下氩气流量。一般小托罩的气体流量为12~15 L/min。 2.6焊接工艺参数的选择 钛的熔化温度高，热容量大，电阻系数大，热导率比铝、铁等金属低得多。这些物理特性使钛的焊接熔化温度很高，熔池尺寸较大，使热影响区金属在高温下的停留时间长，容易引起焊接接头过热，晶粒变得十分粗大，塑性显著降低。所以在选择焊接电流和焊接速度时，要采用小电流、快速焊。经试验，焊接电流在130~140 A，焊接速度在160~170 mm/min为合理选择。 2.7现场测试 根据技术要求，焊前对施焊环境做了“菲绕琳”试验，在焊缝周围做了“铁离子”污染试验。经试验合格后，方可进行焊接。 2.8对焊丝的要求 按JB 4745—2002附录要求，钛焊接要选用正式厂家按国家标准生产的钛焊丝，不能用从钛板剪下的条作焊丝。焊前，焊丝要进行酸洗，酸洗后用清水冲洗干净，放在保温箱内，随用随取。 2.9覆层钛材的焊接 根据焊接工艺卡的要求，覆层焊接接头所有钛盖板的角焊缝（图3a）和翻边环及内衬管（图3b）的焊缝均焊2遍。第1遍自熔，将焊角根部熔透，可以少加些丝；第2遍加丝焊，焊缝要饱满。 3·管板管头的焊接 （1）该换热器的管板与管头要求先胀后焊，强度主要由胀接来保证，焊缝主要是起密封作用。为了保证焊接质量，提前对管头做了工艺评定。管子管板焊接工艺参数见表2。管板管头接头示意图如图4所示。 （2）根据工艺评定试验结果，在穿管之前，将管孔清洗干净，管头视管子外观污染情况可以用机械打磨或酸洗的方法，将管头清洗干净，管子穿进去后管头高出管板1 mm即可。点固焊时管头内要塞纯铜堵，点固焊后进行胀接。 （3）将管板垂直摆放，用奥氏体不锈钢丝轮将所有管头焊接区域清理，去除其表面氧化层，用白丝绸布取丙酮反复擦洗后待焊。考虑到冬季焊接时为了防止裂纹，将管板预热至15℃以上再进行焊接。 按焊接工艺评定编制焊接工艺卡，对管头进行焊接，每焊一个孔，孔内都要用纯铜塞住，目的是为了尽快给管头散热并能有效地保护焊接区域不被氧化。管头的焊接应该以“米”字形的顺序由中间向四周焊，这样能减小应力集中。 实践证明，钛材在焊接时，为了有效地防止气孔，氩弧焊时最好采用脉冲焊，可明显减少气孔。 4·检验 采用上述焊接工艺焊接的管箱和管板，经渗透检验后，无气孔、裂纹和咬边等缺陷；壳程水压试验未发现管板管头焊缝漏水，管箱水压试验后，未发现焊缝检漏孔出水现象。管箱所有钛焊缝进行氦气检查，未发现缺陷。最后对2个管箱进行了2次热气循环试验后，状态良好，该设备自投入使用至今，运行正常。 5·结语 （1）通过简单的成形工艺，对钛钢复合板换热器管箱接管翻边环的冲压成功，证明这种方法是可行的，完全满足使用要求。 （2）对钛钢复合板焊接，要注意其焊接的特殊性，对易产生的裂纹、气孔和氧化变色等缺陷要严格控制。 （3）为了保证焊接质量，要提前制作各种焊接位置使用的行之有效的保护罩。 参考文献： ［1］中国机械工程学会焊接学会.焊接手册［M］．1版.北京：机械工业出版社，1992. ［2］上海市焊接协会.电焊工实践［M］．上海：上海科技出版社，1990. ［3］窦双云，胡强年.大型钛-钢复合板容器的焊接［J］．焊接技术，2008，37（1）：27-29. 作者简介：胡强年（1951—）男，山东蓬莱人，高级技师，一直从事焊接工艺、工艺评定的试验研究，以及焊工培训、技能鉴定等管理工作． |
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