铝制板翅式换热器
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TA2换热器管与管板自熔焊焊接工艺点击：1703 日期：[ 2014-04-26 22:00:36 ] |
| TA2换热器管与管板自熔焊焊接工艺 辽宁省抚顺市技师学院(113123) 李向华 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所(150080) 邹力维 辽宁石油化工大学(抚顺市 113001) 高 磊 抚顺市特种设备监督检验所(113123) 王臻意 摘要：通过对TA2换热器管(16 mm×1. 0 mm)和管板(δ10 mm)进行自熔TIG焊接,自制出插销对焊接接头进行背面保护,与焊机保护罩的正面保护相结合,将焊接接头严格保护使其免受空气污染,同时对焊接参数进行优选,确保了焊接接头质量,对实际产品中TA2的焊接有一定的指导作用。 关键词：TA2 换热器 自熔焊 焊接工艺 中图分类号：TG457. 19 0 前 言 用TA2作换热元件具有以下优点:在许多介质中, 具有优良的耐腐蚀性,特别是耐海水腐蚀,因而管壁可以比较薄,提高了传热效果;表面光洁、无垢层,污垢系数大大降低;密度小、强度高,设备体积小,重量轻[1]。 因此各种类型的TA2制换热器被广泛应用于海上平台、海水淡化、滨海电站等有关海水腐蚀场所。文中针对一台用于海上平台的凝液冷却器,其换热管和管板都采用工业纯钛TA2,进行了δ=10 mm板与16 mm ×1. 0 mm换热管的角接自熔TIG焊工艺评定,制定出合理的焊接工艺。 1 产品技术参数 凝液冷却器换热管(16mm×1.0mm)与管板均采用 TA2,技术参数见表1,TA2换热管和管板化学成分见表2。 2 TA2的焊接特点 TA2材料本身极其活泼,常温下表面经钝化后是比较稳定的,但随着温度的升高,从250℃就开始吸收氢、400℃开始吸收氧、600℃开始吸收氮[2]。在焊接 热循环作用下焊接接头极易受杂质气体的影响而使接头变硬变脆,因此TA2焊接时不但焊缝、≥400℃近缝 区域需要惰性气体(Ar)严格的保护,焊接接头的背面 也应当严格保护,正面使用密闭气体保护罩和背面使用插销联合保护对TA2的焊接是适宜的。 TA2焊接一般采用惰性气体保护下的钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子弧焊等。文中采用的是惰性气体保护下的钨极全自动氩弧焊。TA2的熔点高、热导 率低、热容量大、电阻系数大,因而与钢、铜、铝等的焊接 相比,TA2的焊接熔池积累的热量多、尺寸大、高温停留 时间长、冷却速度慢,熔池粘度大。在正常的焊接工艺 下,刚焊完的焊缝在长度方向上超过600℃的区域比不锈钢约大1. 5倍,比碳素钢大2. 3倍,比铝大16倍 比铜大23倍。因此TA2材料的焊接难点在于焊接工艺参数的正确选择和焊接时气体保护的措施和效果。 3 焊接工艺试验 3.1 焊接设备选用 试验选用管板全自动TIG焊机,该机配有EWA30 自动管焊电源和PT80E焊接机头。该焊机的保护罩 (图1)可以对管板正面进行焊接时的保护,免受气体 杂质的污染,在进行管板背面管孔的保护方面,自制插 销进行保护,如图2所示。 3.2 保护气体的选择 保护气体为氩气,应符合GB/T4782—1995要求, Ar含量≥99. 99%, O2含量≤0. 002%, N2含量≤ 0. 005%,H2含量≤0. 002%,水含量≤0. 001 mg/L。 3.3 焊前准备 换热管与管板待焊区焊前要进行酸洗处理,酸洗 配方为:HF 10%、HNO330%、H2O 60%,室温下浸洗 1 min左右,之后用清水洗净[3]。目的是除去表面的氧 化物、氮化物、油污、水分、铁屑和其他有机污染物。施 焊前要再次用丙酮清洗待焊区,同时还应去除换热管 口内外的毛刺。 3.4 焊接 (1)焊接时,编制程序,旋转焊炬,其中钨极与工 件之间夹角为10°,钨极距工件的距离为2~3 mm, 喷嘴距工件的距离为8~12 mm。预送氩气5~10 s,将 保护罩内空气排出,然后用自制插销堵住管板背面的 换热管进行焊接。焊接过程中,应时时刻刻观察保护 罩内弧长变化,随时调节弧长来控制整个焊接过程,以 防止夹钨,保证焊接接头质量。焊后将氩气延后8~ 20 s,因为焊缝以及近缝区域冷却到≤400℃时需要时 间。 (2) TA2换热管与管板焊接时,起弧一般在时钟9点位置,收弧在10~11点位置,如图3所示。主要是因 为TA2熔点高、热导率低、焊接熔池粘度高,若采用下坡焊会造成虚焊,影响焊接接头质量。 (3)对于边缘管的焊接,应该用胶带把气体保护 罩与管板没有接触的区域粘上,以保证焊接区域免受 空气的污染。 (4)焊接时,注意应将紫铜冷却芯杆端部留有2~ 3 mm,防止焊接时熔融金属咬住芯杆,造成对换热管的 损坏,焊接保护示意图如图4所示。 3.5 焊接参数 表3为通过多次试验优选出的16 mm×1. 0 mm自熔焊接工艺参数。 4 焊后检验 焊接试板宏观图如图5所示。 4.1 外观检验 (1)对管板表面用10倍放大镜进行100%检查, 按标准GB151—1999检验:无裂纹、未熔合、气孔、夹杂和飞溅物等缺陷,焊接接头合格。 (2)按JB/T4745—2002(钛制焊接容器)检验,焊 接接头颜色为银白色,合格。 (3)对管板表面进行渗透(着色)检测,按标准 JB4730—2005检验,焊接接头无微细裂纹、气孔,合格。 4.2 解剖检验 4.2.1 熔深观察 按标准GB151—1999对焊缝熔深H检验,其值为: 2. 55 mm, 2. 64 mm, 2. 78 mm,均大于管壁壁厚的1. 4 倍,熔深合格。 4.2.2 硬度检验 接头进行维氏硬度检测。在HXD -1000TMC/ LCD显微硬度计上加载1. 96 N,加载时间为5 s,焊接 接头硬度值如表4所示。维氏硬度值都小于TA2焊接 接头的典型值HV230,TA2管与管板焊接接头硬度检 验合格。 5 结 论 (1) TA2换热管(16 mm×1. 0 mm)与管板 (δ10 mm)自熔TIG焊接时,应采用较小的热输入量, 热输入量应控制在400~450 J/mm。 (2)焊前和焊接过程中的清理非常重要,它能有 效地避免气孔、裂纹的产生。 (3)焊机保护罩进行的正面保护和插销进行的背 面保护相结合,全面保护了焊接接头免受空气污染,确保了焊接接头质量。同时在焊接过程中还应随时调节焊机机头稳定弧长,避免夹钨,损坏换热管。 (4)焊后对焊接接头进行的表面检验、熔深检验、硬度检验均合格,说明焊接保护措施选用得当,焊接参数选用合理,可以指导实际产品的焊接生产。 参考文献 [1] 黄嘉琥,应道宴.钛制化工设备[M].北京:化学工业出 版社, 2002. 105-106. [2] 周振丰.焊接冶金学[M] .北京:机械工业出版社, 2000. 150-164. [3] 牛玉宏.论钛的焊接性与工业纯钛的现场焊接[J].施工 技术, 1999(6): 21-24. |
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