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1、钛材设备制造技术岳玉凤方有侨摘要本文结合兰炼三叶公司顺酐装置中钛材设备的制造实践，介绍了钛材焊接工序、工艺特点和焊接工艺参数，从加工条件、坡口切削、卷板以及焊接工艺特点和焊接保护措施等方面，总结了确保钛材设备制造质量的经验。主题词金属材料设备制造工艺焊接性能Manufacture Technology of Equipment Made of TitaniumYue Yufeng(Lanzhou,Gansu)&Fang Youqiao 1前言钛材是一种新型金属材料，具有较高的强度、较小的密度(仅为碳钢的 60%)、优良的耐腐蚀性能以及良好的工艺性能，今后将日益广泛地用于制造耐腐蚀的石油化工设备
2、。我们为兰炼三叶公司顺酐装置共制造了十二台钛材设备，其中冷换设备五台、塔三台、罐四台。经过近几年的开工使用证明，冷换设备传热系数高、不易结垢；塔和罐基本上没有腐蚀情况，使用效果较好。兰炼三叶公司新建的化工原料顺酐装置，因介质腐蚀性强，有些设备选用了钛材制造。由于我们是首次制造钛材设备，技术资料和经验都比较缺乏，而焊接是决定钛材设备质量的 3.2螺旋铝芯扭制成型关键，为此我们进行了大量的钛材焊接工艺性能评定实验，确定了钛材的焊接工艺参数。钛材特有的物理性能、机械性能及较高的化学活性，决定了钛材设备的制造不同于碳钢或不锈钢设备的制造。钛材设备的制造加工流程见图 1。图 1钛材设备加工流程框图 2组
3、装及加工2.1前期准备(1)专门划分一块钛材设备制造区域，严禁与碳钢设备混堆、接触，工作场地必须铺设橡胶板。(2)材料要入库妥为保管，禁止露天堆放。同时设置几个钛材专用的边角余料箱，将边角料分类回收。(3)自行设计、制造所需的专用机具、胎具等。其中多层螺旋盘管弯制机不但解决了钛材盘管的煨弯难题，还荣获国家专利，专利号为 92 2 338574；其它设备如剪板机、刨边机、滚板机等要保持清洁，防止油污、铁屑、辊子上的缺陷等损伤钛材表面。(4)参加钛材设备制造的人员，着装应符合要求，工作服、手套要整洁，不允许穿带铁钉的鞋，并且尽量避免在钛板上走动。2.2划线与落料钛材对缺陷的敏感性很强，因此禁止用铁
4、锤击打钛材表面或打样冲或钢印，禁止用墨汁或油漆书写有关标记。钛材还易受铁、油污等的污染，下料切割后须用砂轮机将污染部位打磨干净，因此划线时要适当多留一些加工余量，一般以 1020mm 为宜。采用剪板、砂轮机或等离子弧切割落料。采用等离子弧切割时，为防止飞溅损伤钛板，应在钛板表面涂刷白垩粉。2.3加工坡口对板材要求在刨边机上刨出坡口，对管材要求在车床上车出坡口，坡口均为 V 型，较长的板在刨边过程中容易产生挠曲、被撕裂的现象。为了解决这些问题，我们用槽钢压紧刨削端，以增大刨边机对板材的压紧力，同时减小板材伸出刨边机的长度(由常规的50mm 减为 30mm)，以增大其刚度，再调整好刀具的刃倾角，并
5、采用低速和小的进刀量切削，结果坡口光亮如镜，比碳钢及不锈钢坡口的粗糙度要低得多。注意在钛材刨边过程中不能中途停止进刀，否则容易引起切削表面硬化，同时钛材刨边时磨刀及更换刀具也比碳钢及不锈钢频繁。2.4卷板钛板在卷制时，板材回弹量要比碳钢及不锈钢大，致使点焊比较困难。我们采用天车配合使筒节在滚板机上滚圆后立即点焊，之后再吊离滚板机。卷板时为了防止辊子上的缺陷损伤钛板表面，采用镀锌铁皮裹住钛板两面。锥形封头、直径108mm 的接管(没有无缝钛管，需用板卷制)、人孔筒节等在滚板机上无法成型，可使用自制胎具压制。3焊接及检测3.1焊接材料及设备钛材焊接时采用手工钨极氩弧焊。由于钛材的熔点高、热容大、导
6、热性差，与碳钢及不锈钢相比，钛材还具有较高的化学活性。当焊接时，它极易与氧、氢、氮、碳等元素发生剧烈反应，导致焊接接头脆化，容易产生裂纹。为了获得机械性能良好的焊缝，焊前表面清理及焊接过程中的保护措施是保证焊接质量的关键。焊接所用的材料及设备是：(1)纯度不低于 99.99%的氩气。(2)选用铈钨极，包括直径 1、1.5、2、3mm 四种。(3)焊丝应按 GB3623-83“钛及钛合金焊丝”标准选用，也可把板材剪成丝使用。(4)使用钨极(自动或手工)交、直流两用氩弧焊机。3.2焊接操作3.2.1焊前清理焊缝只要受到少量铁、油污等杂质的污染，就会严重影响焊接质量，因此，对焊缝表面必须进行严格的清
7、理。清理的顺序如下：(1)用砂纸或砂轮机除去焊缝及其两侧不少于 50mm 范围内的氧化层，直到露出银白色的金属为止。(2)用崭新的绸布蘸无水酒精将表面擦拭干净，直到绸布上没有污染为止。(3)将焊丝用无水酒精擦拭干净。(4)焊缝及焊丝清理后要立即施焊，否则应重新清理。3.2.2焊接操作要领(1)手工钨极氩弧焊的焊接工艺参数如表 1 所示(焊丝均为 TA2)。(2)钨极伸出 1012mm 为宜，焊缝每次填充的高度为 23mm，最高不超过 5mm。单面焊双面成型焊缝的对接间隙为 1.5mm。表 1焊接工艺参数类别板厚 (mm)焊接位置焊丝直径(mm)电流(A)电压(V)焊速(cm/min)氩气流量(
8、L/min)组合角接 3垂直俯位2.03.080100901001416151648101210111112对接 3平焊2.03.0801009011014151416810816810915(3)焊接完毕后焊炬不能立即离开，要连同保护盒继续保护，直到焊接接头冷却到 400以下方可离开。(4)厚度大于 4mm 的对接和角焊缝应采用多层焊。每层焊道施焊前，都应保证上一层无氧化，如有氧化必须彻底清除后再施焊。(5)当焊缝表面存在咬边、弧坑或焊肉低于母材表面时，如无氧化污染则可直接修补；但对于未焊透、表面未熔合及表面裂纹等均应将缺陷打磨干净，进行清理后补焊。返修次数不能超过两次。3.2.3焊接过程的
9、保护措施由于钛材对氧、氢、氮有很高的亲合力，容易导致焊接接头塑性下降，所以对焊缝熔池及其背部凡 400以上的焊接热影响区都必须进行严格的保护。熔池的保护由焊炬来完成，热影响区及 400以上的受热部位由保护盒保护。保护盒最好用铜材制作，我们自制的保护盒如图 2 所示。氩气流量以 715L/min 为宜，太小气流刚性低，保护效果差；太大会引起气流紊乱，把空气带入焊接区。因此，氩气应保持层流状态。图 2气体保护盒示意 3.3焊缝检测焊缝采用外观检查、着色及射线检测三种方式来检验焊缝质量。外观检查主要观察焊缝的表面缺陷及焊接接头的颜色，并根据表面颜色来判定气体的保护效果，参照表 2 可通过钛材焊缝表面
10、颜色判定焊接质量。表 2钛材焊缝颜色与焊接质量的判定表面颜色 保护情况 焊缝情况 接头质量 处理措施银白色 良好 良好 使用可靠 不需处理金黄色 尚好 没有影响 能使用 用砂纸打磨掉 表面金黄色蓝色 一般 表面氧化，使表面塑性稍 有下降 承受负载较大时不 能使用 用砂纸打磨掉 表面蓝色紫色 (花色)较差 氧化严重，塑性显著降低 使用条件(介质、负载)苛刻时不能使用 用砂纸打磨掉 表面紫色灰色或表面有粉状物极差完全氧化，焊接区完全脆化，易产生裂纹、气孔等缺陷不能使用 不合格，重新 施焊对于局部表面颜色不合格的焊缝的热影响区，必须用砂轮全部磨去后重新施焊，补焊次数不能超过两次。按 JB4730-94“压力容器无损检测”进行着色及射线检测，着色检测应符合级要求，射线检测应符合级要求。 作者单位：岳玉凤方有侨兰州炼油化工安装公司，730060甘肃省兰州市西固区
