鈦材設(shè)備制造技術(shù).doc

鈦材設(shè)備制造技術(shù)摘要本文結(jié)合蘭煉三葉公司順酐裝置中鈦材設(shè)備的制造實(shí)踐，介紹了鈦材焊接工序、工藝特點(diǎn)和焊接工藝參數(shù)，從加工條件、坡口切削、卷板以及焊接工藝特點(diǎn)和焊接保護(hù)措施等方面，總結(jié)了確保鈦材設(shè)備制造質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)。主題詞金屬材料設(shè)備制造工藝焊接性能Manufacture Technology of Equipment Made of TitaniumYue Yufeng(Lanzhou,Gansu)&Fang Youqiao1前言鈦材是一種新型金屬材料，具有較高的強(qiáng)度、較小的密度(僅為碳鋼的60%)、優(yōu)良的耐腐蝕性能以及良好的工藝性能，今后將日益廣泛地用于制造耐腐蝕的石油化工設(shè)備。我們?yōu)樘m煉三葉公司順酐裝置共制造了十二臺(tái)鈦材設(shè)備，其中冷換設(shè)備五臺(tái)、塔三臺(tái)、罐四臺(tái)。經(jīng)過近幾年的開工使用證明，冷換設(shè)備傳熱系數(shù)高、不易結(jié)垢；塔和罐基本上沒有腐蝕情況，使用效果較好。蘭煉三葉公司新建的化工原料順酐裝置，因介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，有些設(shè)備選用了鈦材制造。由于我們是首次制造鈦材設(shè)備，技術(shù)資料和經(jīng)驗(yàn)都比較缺乏，而焊接是決定鈦材設(shè)備質(zhì)量的3.2螺旋鋁芯扭制成型關(guān)鍵，為此我們進(jìn)行了大量的鈦材焊接工藝性能評(píng)定實(shí)驗(yàn)，確定了鈦材的焊接工藝參數(shù)。鈦材特有的物理性能、機(jī)械性能及較高的化學(xué)活性，決定了鈦材設(shè)備的制造不同于碳鋼或不銹鋼設(shè)備的制造。鈦材設(shè)備的制造加工流程見圖1。圖1鈦材設(shè)備加工流程框圖2組裝及加工2.1前期準(zhǔn)備(1)專門劃分一塊鈦材設(shè)備制造區(qū)域，嚴(yán)禁與碳鋼設(shè)備混堆、接觸，工作場(chǎng)地必須鋪設(shè)橡膠板。(2)材料要入庫妥為保管，禁止露天堆放。同時(shí)設(shè)置幾個(gè)鈦材專用的邊角余料箱，將邊角料分類回收。(3)自行設(shè)計(jì)、制造所需的專用機(jī)具、胎具等。其中多層螺旋盤管彎制機(jī)不但解決了鈦材盤管的煨彎難題，還榮獲國家專利，專利號(hào)為92 2 338574；其它設(shè)備如剪板機(jī)、刨邊機(jī)、滾板機(jī)等要保持清潔，防止油污、鐵屑、輥?zhàn)由系娜毕莸葥p傷鈦材表面。(4)參加鈦材設(shè)備制造的人員，著裝應(yīng)符合要求，工作服、手套要整潔，不允許穿帶鐵釘?shù)男?，并且盡量避免在鈦板上走動(dòng)。2.2劃線與落料鈦材對(duì)缺陷的敏感性很強(qiáng)，因此禁止用鐵錘擊打鈦材表面或打樣沖或鋼印，禁止用墨汁或油漆書寫有關(guān)標(biāo)記。鈦材還易受鐵、油污等的污染，下料切割后須用砂輪機(jī)將污染部位打磨干凈，因此劃線時(shí)要適當(dāng)多留一些加工余量，一般以1020mm為宜。采用剪板、砂輪機(jī)或等離子弧切割落料。采用等離子弧切割時(shí)，為防止飛濺損傷鈦板，應(yīng)在鈦板表面涂刷白堊粉。2.3加工坡口對(duì)板材要求在刨邊機(jī)上刨出坡口，對(duì)管材要求在車床上車出坡口，坡口均為V型，較長的板在刨邊過程中容易產(chǎn)生撓曲、被撕裂的現(xiàn)象。為了解決這些問題，我們用槽鋼壓緊刨削端，以增大刨邊機(jī)對(duì)板材的壓緊力，同時(shí)減小板材伸出刨邊機(jī)的長度(由常規(guī)的50mm減為30mm)，以增大其剛度，再調(diào)整好刀具的刃傾角，并采用低速和小的進(jìn)刀量切削，結(jié)果坡口光亮如鏡，比碳鋼及不銹鋼坡口的粗糙度要低得多。注意在鈦材刨邊過程中不能中途停止進(jìn)刀，否則容易引起切削表面硬化，同時(shí)鈦材刨邊時(shí)磨刀及更換刀具也比碳鋼及不銹鋼頻繁。2.4卷板鈦板在卷制時(shí)，板材回彈量要比碳鋼及不銹鋼大，致使點(diǎn)焊比較困難。我們采用天車配合使筒節(jié)在滾板機(jī)上滾圓后立即點(diǎn)焊，之后再吊離滾板機(jī)。卷板時(shí)為了防止輥?zhàn)由系娜毕輷p傷鈦板表面，采用鍍鋅鐵皮裹住鈦板兩面。錐形封頭、直徑108mm的接管(沒有無縫鈦管，需用板卷制)、人孔筒節(jié)等在滾板機(jī)上無法成型，可使用自制胎具壓制。3焊接及檢測(cè)3.1焊接材料及設(shè)備鈦材焊接時(shí)采用手工鎢極氬弧焊。由于鈦材的熔點(diǎn)高、熱容大、導(dǎo)熱性差，與碳鋼及不銹鋼相比，鈦材還具有較高的化學(xué)活性。當(dāng)焊接時(shí)，它極易與氧、氫、氮、碳等元素發(fā)生劇烈反應(yīng)，導(dǎo)致焊接接頭脆化，容易產(chǎn)生裂紋。為了獲得機(jī)械性能良好的焊縫，焊前表面清理及焊接過程中的保護(hù)措施是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。焊接所用的材料及設(shè)備是：(1)純度不低于99.99%的氬氣。(2)選用鈰鎢極，包括直徑1、1.5、2、3mm四種。(3)焊絲應(yīng)按GB3623-83“鈦及鈦合金焊絲”標(biāo)準(zhǔn)選用，也可把板材剪成絲使用。(4)使用鎢極(自動(dòng)或手工)交、直流兩用氬弧焊機(jī)。3.2焊接操作3.2.1焊前清理焊縫只要受到少量鐵、油污等雜質(zhì)的污染，就會(huì)嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，因此，對(duì)焊縫表面必須進(jìn)行嚴(yán)格的清理。清理的順序如下：(1)用砂紙或砂輪機(jī)除去焊縫及其兩側(cè)不少于50mm范圍內(nèi)的氧化層，直到露出銀白色的金屬為止。(2)用嶄新的綢布蘸無水酒精將表面擦拭干凈，直到綢布上沒有污染為止。(3)將焊絲用無水酒精擦拭干凈。(4)焊縫及焊絲清理后要立即施焊，否則應(yīng)重新清理。3.2.2焊接操作要領(lǐng)(1)手工鎢極氬弧焊的焊接工藝參數(shù)如表1所示(焊絲均為TA2)。(2)鎢極伸出1012mm為宜，焊縫每次填充的高度為23mm，最高不超過5mm。單面焊雙面成型焊縫的對(duì)接間隙為1.5mm。表1焊接工藝參數(shù)類別板厚(mm)焊接位置焊絲直徑(mm)電流(A)電壓(V)焊速(cm/min)氬氣流量(L/min)組合角接3垂直俯位2.03.080100901001416151648101210111112對(duì)接3平焊2.03.0801009011014151416810816810915(3)焊接完畢后焊炬不能立即離開，要連同保護(hù)盒繼續(xù)保護(hù)，直到焊接接頭冷卻到400以下方可離開。(4)厚度大于4mm的對(duì)接和角焊縫應(yīng)采用多層焊。每層焊道施焊前，都應(yīng)保證上一層無氧化，如有氧化必須徹底清除后再施焊。(5)當(dāng)焊縫表面存在咬邊、弧坑或焊肉低于母材表面時(shí)，如無氧化污染則可直接修補(bǔ)；但對(duì)于未焊透、表面未熔合及表面裂紋等均應(yīng)將缺陷打磨干凈，進(jìn)行清理后補(bǔ)焊。返修次數(shù)不能超過兩次。3.2.3焊接過程的保護(hù)措施由于鈦材對(duì)氧、氫、氮有很高的親合力，容易導(dǎo)致焊接接頭塑性下降，所以對(duì)焊縫熔池及其背部凡400以上的焊接熱影響區(qū)都必須進(jìn)行嚴(yán)格的保護(hù)。熔池的保護(hù)由焊炬來完成，熱影響區(qū)及400以上的受熱部位由保護(hù)盒保護(hù)。保護(hù)盒最好用銅材制作，我們自制的保護(hù)盒如圖2所示。氬氣流量以715L/min為宜，太小氣流剛性低，保護(hù)效果差；太大會(huì)引起氣流紊亂，把空氣帶入焊接區(qū)。因此，氬氣應(yīng)保持層流狀態(tài)。圖2氣體保護(hù)盒示意3.3焊縫檢測(cè)焊縫采用外觀檢查、著色及射線檢測(cè)三種方式來檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量。外觀檢查主要觀察焊縫的表面缺陷及焊接接頭的顏色，并根據(jù)表面顏色來判定氣體的保護(hù)效果，參照表2可通過鈦材焊縫表面顏色判定焊接質(zhì)量。表2鈦材焊縫顏色與焊接質(zhì)量的判定表面顏色保護(hù)情況焊縫情況接頭質(zhì)量處理措施銀白色良好良好使用可靠不需處理金黃色尚好沒有影響能使用用砂紙打磨掉表面金黃色藍(lán)色一般表面氧化，使表面塑性稍有下降承受負(fù)載較大時(shí)不能使用用砂紙打磨掉表面藍(lán)色紫色(花色)較差氧化嚴(yán)重，塑性顯著降低使用條件(介質(zhì)、負(fù)載)苛刻時(shí)不能使用用砂紙打磨掉表面紫色灰色或表面有粉狀物極差完全氧化，焊接區(qū)完全脆化，易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷不能使用不合格，重新施焊對(duì)于局部表面顏色不合格的焊縫的熱影響區(qū)，必須用砂輪全部磨去后重新施焊，補(bǔ)焊次數(shù)不能超過兩次。按JB