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1、低 碳 钢 渗 铝 管 的 焊 接 工 艺 方 法丁 庆 如(洛 阳 石 化 公 司 设 备 研 究 所 471003)摘 要 低 碳 钢 渗 铝 管 焊 接 , 可 用 A 312 焊 条 施 焊 , 焊 缝 金 属 的 耐 蚀 性 和 耐 热 性 优 于 渗 铝 钢 ,但 焊 缝 区 熔 合 线 则 无 法 恢 复 渗 铝 钢 性 能 。 介 绍 了 两 种 解 决 此 难 题 的 焊 接 工 艺 方 法 : 堆 焊 和 纤 焊 。 堆焊 法 是 利 用 堆 焊 过 渡 层 , 把 渗 铝 钢 的 焊 接 变 成 不 锈 钢 的 焊 接 。 钎 焊 法 是 破 坏 渗 铝 层 后 , 利
2、用 焊 接 余热 , 把 具 有 特 殊 性 能 的 钎 焊 剂 重 新 渗 粘 到 焊 区 的 熔 合 线 上 。主 题 词 低 碳 钢 渗 铝 焊 接 堆 焊 钎 焊 方 法在 石 油 化 工 工 业 中 , 渗 铝 钢 的 应 用 极 为广 泛 1 2 , 但 是 , 低 碳 渗 铝 钢 焊 接 后 , 如 何 保持 渗 铝 钢 的 原 有 性 能 , 是 目 前 尚 未 解 决 的 课题 , 严 重 阻 碍 着 渗 铝 钢 的 推 广 应 用 。 现 就 笔 者进 行 的 试 验 研 究 做 如 下 介 绍 。1 渗 铝 钢 的 焊 接 问 题低 碳 钢 (以 20# 、 10# 为
3、主 ) 渗 铝 后 , 表 面有 0. 1 0. 3mm 厚 的 渗 铝 层 , 该 层 主 要 由 尖晶 石 型 Fe- A l 金 属 间 化 合 物 组 成 , 从 钢 外表 面 向 内 依 次 为 FeA l3、 Fe2A l5、 FeA l2、FeA l、 Fe3A l3 , 含 铝 量 也 由 外 向 内 逐 渐 减 少(见 表 1)。 焊 接 时 , 这 层 极 薄 的 渗 铝 层 被 熔 化表 1 Fe- A l 化 合 物 中 的 铝 含 量化 合 物 FeA l3 Fe2A l5 FeA l2 FeA l Fe3A l分 子 量 137 247 110 83 195铝 原
4、子量 百 分 比 59 55 49 33 14破 坏 , 使 焊 缝 金 属 表 面 的 含 铝 量 下 降 到 3%以 下 , 失 去 了 渗 铝 钢 的 特 性 。 如 果 焊 条 (丝 )是不 锈 钢 , 焊 缝 金 属 强 度 和 性 能 均 能 达 到 渗 铝钢 的 水 平 , 但 在 母 材 与 焊 缝 的 交 界 处 , 即 熔 合线 , 仍 属 于 碳 钢 , 耐 蚀 耐 氧 化 性 能 很 低 (试 验结 果 见 表 2) , 解 决 了 该 问 题 也 就 解 决 了 渗 铝钢 的 焊 接 问 题 。 为 了 保 证 低 碳 渗 铝 钢 焊 缝 熔合 线 具 有 渗 铝 钢
5、 的 性 能 , 从 研 究 、 改 善 焊 条 、人 员 的 盲 目 性 , 便 于 修 复 工 作 。在 PM C 的 指 令 中 , 有 一 条 信 息 显 示(D ISP)指 令 。 利 用 该 指 令 可 显 示 16 条 信 息 ,每 条 信 息 最 多 可 包 括 16 个 字 符 。 在 梯 形 图 程序 的 第 三 级 别 中 , 使 用 信 息 显 示 指 令 编 写 了大 量 有 关 信 息 显 示 的 内 容 , 供 在 发 生 故 障 时通 过 CR T 屏 幕 显 示 提 示 信 息 。3. 4 系 统 参 数包 括 两 方 面 的 内 容 , 一 是 有 关 系
6、统 配 置 ,如 : 伺 服 电 机 的 型 号 , 编 码 器 的 每 转 脉 冲 数等 ; 二 是 有 关 伺 服 控 制 , 如 : P、 I、 D 的 常 数 等 。同 加 工 程 序 一 样 , 这 些 参 数 也 保 存 在 存 储 器板 上 。4 结 束 语套 管 车 丝 机 通 过 几 年 的 生 产 运 行 , 证 明控 制 系 统 能 满 足 工 艺 要 求 , 而 且 它 本 身 具 有极 高 的 可 靠 性 。 现 对 其 进 行 分 析 研 究 , 将 提 高对 车 丝 机 的 理 解 掌 握 程 度 , 使 它 发 挥 出 更 大的 作 用 , 同 时 也 对 其
7、它 类 似 数 控 设 备 的 了 解带 来 帮 助 。参 考 文 献1 PM C. O PER TOR S M ANUAL CN C P IPEEND F IN ISH ER. 19932 毕 承 恩 主 编 . 现 代 数 控 机 床 . 机 械 工 业 出 版 社 ,1993(收 稿 日 期 : 1998 01 1614焊 管 第 22 卷 第 2 期 1999 年 3 月表 2 焊 缝 区 腐 蚀 试 验 结 果 (母 材 : 碳 钢 渗 铝 )焊 条焊 缝 区 腐 蚀 情 况焊 缝 熔 合 线 焊 缝 熔 合 线腐 蚀 介 质A 312 A 312 不 锈 钢 碳 钢 + 不 锈 钢
8、 未 腐 蚀 腐 蚀J 427 J 427 碳 钢 碳 钢 重 腐 蚀 重 腐 蚀10% 30%HNO 3焊 丝 性 能 入 手 并 不 能 根 本 解 决 这 个 问 题 , 目前 比 较 可 行 的 方 法 就 是 管 端 焊 口 预 先 堆 焊 法和 随 焊 接 (对 焊 )进 行 的 钎 焊 法 。2 管 端 焊 口 预 先 堆 焊 法碳 钢 管 渗 铝 前 , 先 在 钢 管 端 部 堆 焊 一 层不 锈 钢 , 然 后 再 进 行 渗 铝 。 以 后 的 焊 接 变 成 了不 锈 钢 之 间 的 焊 接 , 其 对 接 焊 缝 区 并 不 存 在耐 腐 性 下 降 问 题 , 具
9、体 做 法 如 下 : 先 按 图 1(b) 形 状 开 坡 口 , 再 用 A 312 焊 条 堆 焊 成 图 1(c) 形 状 , 最 后 按 图 1 (d) 开 坡 口 , 将 这 样 的 钢管 送 去 渗 铝 , 这 样 经 过 预 先 堆 焊 并 渗 铝 的 钢管 , 在 焊 接 时 只 需 用 砂 纸 把 坡 口 处 的 污 物 、 杂物 打 磨 掉 , 就 可 进 行 焊 接 。 图 2 是 管 端 最 终 坡口 A 处 放 大 图 。 工 程 上 一 般 规 定 坡 口 角 A=30 , 而 角 B、 C的 大 小 要 由 过 渡 层 最 小 尺 寸(一 般 不 小 于 5mm
10、 ) 决 定 , 这 个 尺 寸 保 证 焊 接时 不 影 响 母 材 性 能 和 状 态 , 即 D E 5mm , AB 5mm。图 1 管 端 焊 口 预 先 堆 焊 法 顺 序 示 意 图(a)原 管 (b)内 外 开 坡 口 (c)堆 焊 (阴 影 ) (d)终 坡 口图 2 管 端 最 终 坡 口 A 处 放 大 图因 A C= D(钢 管 壁 厚 ) , H 为 壁 厚 中 点 。A H = HC = D 2,(D 2) tgC= AB = 5 (1)CD = DtgA= Dtg30 , CE = (D 2) tgBCE - CD = (D 2) tgH- Dtg30= D E
11、= 5 (2)根 据 公 式 (1)、 (2) 关 系 , 可 求 出 与 D 相 对 应C、 B角 , 常 见 壁 厚 的 B、 C角 计 算 结 果 见 表 3。由 表 3 可 知 , 钢 管 壁 厚 越 薄 , C、 B 角 越大 。 在 实 践 中 , C、 B角 开 的 过 大 , 操 作 和 堆 焊都 有 一 定 困 难 , 所 以 薄 壁 管 不 宜 用 堆 焊 法 焊接 , 一 般 要 求 D 10mm 才 用 堆 焊 法 。 D10mm 采 用 钎 焊 法 为 宜 。表 3 C、 B角 计 算 结 果D(mm ) 5 8 40 12 20 25C( ) 63 50 45 40
12、 27 22B( ) 73 67 65 64 58 5724 焊 管 1999 年 3 月 3 随 对 接 焊 进 行 的 钎 焊 法当 渗 铝 钢 管 对 接 焊 时 , 利 用 焊 接 余 热 , 把低 熔 点 的 耐 蚀 钎 焊 粉 料 熔 化 , 熔 化 的 钎 液 粘(渗 )到 渗 铝 钢 内 外 焊 缝 区 域 , 旋 焊 焊 条 采 用不 锈 钢 A 312 焊 条 。3. 1 管 外 钎 料 供 给管 外 钎 料 供 给 较 容 易 实 现 , 可 一 边 焊 一边 抛 撒 钎 焊 粉 到 焊 缝 区 , 或 用 一 个 特 制 抛 撒工 具 随 焊 接 而 移 动 , 确 保
13、 钎 料 均 匀 地 涂 敷 到焊 缝 上 。 也 可 以 采 用 焊 后 热 喷 涂 N i- C r 合 金粉 来 达 到 防 腐 目 的 4 。3. 2 管 内 钎 料 供 给钢 管 对 接 焊 时 , 管 子 内 部 是 无 法 看 到 的 ,涂 敷 钎 料 不 好 进 行 , 需 特 制 一 个 管 内 钎 料 供给 夹 具 , 其 结 构 见 图 3。 它 的 作 用 是 确 保 把 钎焊 料 供 应 到 焊 缝 区 域 , 并 有 氩 气 保 护 , 防 止 施焊 时 的 氧 化 。 夹 具 尾 杆 长 度 依 需 要 而 定 。 施 焊时 , 虽 然 熔 合 线 处 的 渗 铝
14、 层 破 坏 了 , 但 钎 料 由于 焊 接 热 的 作 用 , 部 分 熔 化 并 粘 附 于 焊 缝 区 ,起 到 局 部 渗 铝 的 作 用 , 从 而 保 证 耐 蚀 抗 氧 化要 求 。 钎 焊 工 艺 参 数 见 表 4。表 4 钎 焊 工 艺 参 数钢 管 焊 条 电 流(A ) 电 压(V ) 氩 气 量(L s) 焊 速(cm s) 钎 料碳 钢 渗 铝 A 312 100 130 20 25 9 11 0. 1 0. 2 50% 85%A l50% 15%A g图 3 特 制 钎 料 夹 具1、 2- 渗 铝 钢 管 3- 尾 杆 4- 氩 气 管 5- 套 管6- 档
15、板 7- 钎 料 8- 带 孔 圆 筒 9- 紧 固 件4 结 论(1) 渗 铝 钢 焊 件 , 采 用 不 锈 钢 A 312 焊 条焊 接 , 焊 缝 的 耐 蚀 抗 氧 化 能 力 可 与 渗 铝 钢 匹配 , 但 熔 合 线 处 的 渗 铝 层 会 被 破 坏 而 影 响 耐腐 及 抗 氧 化 性 。(2)管 端 焊 口 预 先 堆 焊 法 可 解 决 上 述 问题 , 此 法 适 用 于 壁 厚 D 10mm 的 管 子 。(3) 随 对 接 焊 进 行 的 钎 焊 法 焊 接 渗 铝 钢管 , 原 则 上 可 用 于 任 意 大 的 管 子 , 但 在 实 际中 , 夹 具 不 可
16、 能 做 的 太 大 , 一 般 适 合 焊 接 D10mm , 而 且 管 径 不 大 的 渗 铝 钢 管 。参 考 文 献1 丁 庆 如 . 渗 铝 钢 的 性 能 及 在 石 化 设 备 中 的 应 用 .化 工 施 工 技 术 , 1997, 28 (1): 26 292 唐 超 . 渗 铝 钢 化 石 油 天 然 气 工 业 中 的 应 用 . 石 油工 程 建 设 , 1993, 83 (5): 21 233 丁 庆 如 . 热 浸 渗 铝 和 粉 末 包 埋 渗 铝 工 艺 及 其 优 缺点 . 化 工 腐 蚀 与 防 护 , 1997, 25 (2): 27 294 李 忠 杨 编 . 钢 的 渗 铝 . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 ,1985: 46
