釜中工業(yè)純鈦TA2的焊接工藝及要點(diǎn)分析

釜中工業(yè)純鈦TA2的焊接工藝及要點(diǎn)分析2018-08-2013:58結(jié)晶釜是將物料混合反應(yīng)后，通過加溫、降溫和不停攪拌，最終使其結(jié)晶的一種設(shè)備。現(xiàn)階段，結(jié)晶釜在化工、制藥及食品行業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛，即便工藝和介質(zhì)存在差異，但物料多為易燃、易爆、巨毒和強(qiáng)腐蝕性質(zhì)，因此，為了確保設(shè)備在服役期內(nèi)安全可靠運(yùn)行，設(shè)計、選材、制造等每個環(huán)節(jié)的把控都至關(guān)重要。結(jié)晶釜主要結(jié)構(gòu)分為三部分，從內(nèi)到外分別為釜體層、夾套層和保溫層三部分，內(nèi)徑依次為1400mm、1500mm及1700mm，筒體壁厚依次為21mm、10mm及2mm，釜體內(nèi)部介質(zhì)為有機(jī)物，夾套層介質(zhì)為熱水、乙二醇，均易爆，夾套層與保溫層之間全部用巖棉填充，用以保溫。材質(zhì)方面，釜體層采用的是TA2+Q345R-B1復(fù)合鋼板，接管、人孔等附件的內(nèi)襯套筒均為TA2,夾套層為Q345R，保溫層及其連接附件為S30408。圖1結(jié)晶釜三維圖工業(yè)純鈦TA2是一種有色金屬，密度小、耐蝕性好、力學(xué)性能好、無毒性均是其優(yōu)點(diǎn)。但從與不銹鋼和碳素鋼的對比來看，TA2具有熔點(diǎn)高、熱導(dǎo)率低、彈性摸量小、熱容量大的特點(diǎn)，所以TA2焊接時熔池金屬高溫停留時間長，熔池粘度大，易形變。同時，TA2的活性很高，在焊接熱源作用下極易吸收氫、氧、氮等雜質(zhì)氣體，使焊接接頭變硬變脆。TA2本身為銀白色，焊縫銀白色為最佳，若加熱至不同溫度，表面顏色會依次轉(zhuǎn)變?yōu)榻瘘S、藍(lán)色、紫色、紅灰，甚至灰黑色，組織和硬度也會隨之變化。因此，TA2的焊接是結(jié)晶釜整個制造過程中的關(guān)鍵。焊接工藝焊接方法TA2的焊接不能采用一般的藥皮焊條焊、氣焊等，國內(nèi)也不用埋弓瓜自動焊，一般采用惰性氣體保護(hù)下的鎢極氬孤焊、熔化極氬孤焊、等離子孤焊等。本次焊接所采用的是惰性氣體氬保護(hù)下的鎢極氬孤焊，所用氬氣純度為99.999%。由于TA2的熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱性差、熱容量小、電阻系數(shù)大，因而與鋼、銅、鋁等的焊接相比，TA2的焊接熔池積累的熱量多、尺寸大、高溫停留時間長、冷卻速度慢。在正常時的焊接工藝下，剛焊完的焊縫在長度方向上超過600°C的區(qū)域比不銹鋼約大1.5倍，比碳素鋼大2.3倍，比鋁大16倍，比銅大23倍。因而TA2焊接時，不但熔池區(qū)域要保護(hù)，焊后正在冷卻中的焊接接頭正面和背面都需要?dú)怏w保護(hù)，使用密閉氣體保護(hù)罩是TA2焊接的特點(diǎn)?？紤]到焊槍的保護(hù)范圍有限，所以選擇在保護(hù)箱（如圖2）內(nèi)部進(jìn)行焊接，焊前要做好氣體置換。保護(hù)箱材質(zhì)S3C408焊愴伸入1I匏氣進(jìn)氣孔氯汽管仲入II（主荽用于墀縫背面氣體圖2氣體保護(hù)箱焊接材料不管鈦母材還是焊縫，其中雜質(zhì)元素越多，強(qiáng)度越高，塑性越低；雜質(zhì)元素越少，強(qiáng)度越低，塑性越高。保護(hù)箱材質(zhì)S3C408焊愴伸入1I匏氣進(jìn)氣孔氯汽管仲入II（主荽用于墀縫背面氣體對于本次所要焊接的TA2來說，選用^2.5mm的手工氬弓瓜焊絲ERTA2EL1，其成分相當(dāng)于TA2母材本身，這樣就可以使得焊縫的抗拉強(qiáng)度與母材相當(dāng)，并且可以獲得盡量高的塑性。工藝參數(shù)TA2中含P穩(wěn)定元素很少，大都是a穩(wěn)定元素。TA2在焊接高溫下，焊縫及部分熱影響區(qū)為P晶格，有晶粒急劇長大的傾向。同時TA2的高溫?zé)嵊绊憛^(qū)較寬，這也使焊縫和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)的P晶粒長大明顯。在焊接冷卻時，焊縫和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)金屬由P相向a相轉(zhuǎn)變，但正常的焊接冷卻速度較慢，P相容易轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧頰組織，使焊接接頭的塑性下降較多。因而TA2焊接時，通常應(yīng)采用較小的焊接線能量和較快的冷卻速度，以減少高溫停留時間，減少晶粒長大的程度和縮小高溫?zé)嵊绊憛^(qū)，減少塑性下降的影響。主要焊接參數(shù)見表1。表1TA2主要焊接參數(shù)電流板姓電流/A電面V保護(hù)氣體及流量/L/minDCEN7tH05/正面13-18背面13-1S另外，需要調(diào)節(jié)氣體滯后時間至10s，收孤后，焊槍要多停留片刻，馬上移開可能造成收孤區(qū)域氬氣濃度低而快速氧化。焊接完成后的襯套筒如圖3所示。

圖3焊后襯套筒雜質(zhì)元素對焊接接頭的影響TA2的焊接過程中主要的雜質(zhì)元素為氧、氮、碳、氫和鐵，雜質(zhì)對TA2的作用有兩種：一為雜質(zhì)固溶于TA2基體中，另一為雜質(zhì)與TA2生成化合物。氧、氮、碳、氫相對于TA2而言原子較小，能間隙地溶于TA2中成為固溶體，使基體晶格畸變較大，對強(qiáng)度的提高和塑性、韌性的下降影響很大。而鐵與TA2的原子大小接近，只能置換地溶人TA2中，使基體晶格畸變較小，對強(qiáng)度的提高和塑性、韌性的下降影響較小。制造要點(diǎn)分析控制層間溫度TA2的焊接要嚴(yán)格控制層間溫度，最好在W150°C范圍內(nèi)。多部件焊接技巧TA2的導(dǎo)熱性能比較差，這會造成焊接熔池溫度過高，對此，我們在焊接時盡量選擇小電流、快速焊、分段焊或斷續(xù)焊，降低焊接熱輸入，減少熱影響區(qū)的面積，推薦采用直徑較小的焊絲，因為減少了焊絲的熔化時間，就減少了焊件的受熱時間。另一方面，采用多個部件交替焊接的方法，而且焊縫最好是由點(diǎn)焊搭接而成，給焊縫充分的冷卻時間，既避免了焊縫溫度過高又可以提高工作效率。嚴(yán)格的氣體保護(hù)通常我們根據(jù)TA2表面氧化的顏色可以判斷焊接時未保護(hù)區(qū)內(nèi)的溫度，一般認(rèn)為540°C以上形成的氧化膜不夠致密，表面氧化膜便會失去保護(hù)作用，因此，在焊接中溫度超過400C的區(qū)域都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行嚴(yán)格的氣體保護(hù)，控制表面不出現(xiàn)藍(lán)色以至灰色。特別是在氣體保護(hù)箱內(nèi)焊接時，同樣要背面充氬氣保護(hù)。因為即便是監(jiān)測氣體保護(hù)箱內(nèi)的氧氣含量已經(jīng)降低到安全范圍內(nèi)，但箱內(nèi)的氣體分布并不均勻，氬氣比空氣重，多聚集在箱底，空氣輕，聚集在箱體上半部，因此，箱體上半部的空氣濃度實(shí)際上要高于檢測儀的數(shù)值，焊接時背面充氬保護(hù)也是為了得到更好的焊縫質(zhì)量。注意焊前清理TA2在焊接前應(yīng)仔細(xì)清洗焊絲、焊接部件及氣體保護(hù)箱內(nèi)部表面的氧化物、氮化物、油污