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钛设备中钛管焊接工艺研究

来源:钛板,钛棒,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-11-12 14:09:40
是一种活泼金属,常温下,由于表面氧化膜的作用,钛能保持高的稳定性和耐腐蚀性。但钛在高温下,特别是在熔融状态时对于气体有很大的化学活泼性。而且在540*t以上钛表面生成的氧化膜较疏松,随着温度的升高,容易被空气、水分、油脂等污染,使钛与氧、氮、氢的反应速度加快,降低焊接接头的塑性和韧性。无保护的钛在3001:以上吸氛.eoot以上吸氧,700*1:以上吸氮。焊接接头在凝固、结晶过程中,焊缝热影响区的金属在正、反面得不到有效保护的情况下.很容易吸收氮、氧、氢。鉴于钛合金的这种特性,在焊接施工中对于熔池及温度超过300丈的焊缝和热影响区(包括焊缝背面)采取彻底清理干净母材及焊材、管道内部充氩、正面拖罩充氩保护的施工工艺。
 
钛管因其具有良好的物理与化学性能,而被广泛应用于电力、化工等大型装置管道系统中,但其金属活泼性较强、较易氧化,特别是施工现场面临各种客观不利条件,给现场焊接工作带来了诸多困难。本文通过试验改进了适合现场施工的焊接工艺,效果较理想。钛管ASTMB861Gr2钨极氩孤焊焊接工艺进行了一系列焊接性试验研究,证明了焊接工艺开发过程中选用的焊材、使用的焊接工艺参数,采取的保护措施能够获得优异的焊接接头性能,焊接工艺开发过程及成果已通过挪威船级社(DNV)的见证和审核,具有工程实际应用价值。
 
某化工装置管道安装工程中,有大量的钛管需焊接、安装,但因其焊接作业大多为室外露天作业,施焊条件差,空气湿度、风速、焊缝对口情况、坡口和焊丝淸理程度、保护气体纯度以及焊工个体技能差异等都会影响到焊缝的质量。为提高焊接质量,我们在原有钛管焊接工艺和多次施工实践基础上反复试验、分析、总结,改进了氩气保护措施、焊接工艺参数,运用改进的保护罩、冷却装置、焊枪,结合保护气输气系统,对管道内部、焊嘴部位、热影响区进行充分充氩,最大限度保证钛管内外表面进的气保护,采用氩弧焊焊接工艺,大幅度提髙了钛管的焊接质量。保证了工程质量与进度,取得了良好的效果。
 
钛设备焊接材料和设备的选择。母材:钛管,直径(内径)为50.8mm,壁厚为4mm的管一对,化学成分见表1。焊材的选择,选用纯钛的Gr.l焊丝。保护气体为一级氩气,纯度为99.99%,露点在_40°C以下,杂质总含量小于0.02%,相对湿度小于5%,水分小于0.001mg/U。焊接设备:采用钨极氩弧焊焊接设备,应使用性能稳定的直流氩弧焊机,焊接时采用正接法;环缝气体保护拖罩等。针对钛管材料的特点,在焊接过程完成以后,需要对焊接接头进行一系列理化试验,即对焊接工艺进行评定。试验包括:射线检验、力学性能研究(拉伸和弯曲)、显微组织及硬度研究。
 
射线检测。射线检测是无损检测中的一种,可以在不破坏检验对象的前提下,研究其连续性、完整性、安全可靠性等性能。对焊接后的钛管进行射线检测,未发现焊接缺陷。根据钛的基本特性和焊接性特点,选用钛管进行焊接工艺开发,并测试钨极氩弧焊焊接工艺下焊接接头的弯曲性能、拉伸性能、焊缝化学成分、金相组织、显微硬度等,得出主要结论如下:(1)弯曲试验结果表明焊接接头具有良好的延性。(2)拉伸试验的试样虽然都在焊缝处发生塑性断裂,但两个试样的抗拉强度均高于所规定的最小抗拉强度440MPa。拉伸断口具有典型的韧窝断裂特征。(3)对于钛管焊接接头金相组织研究,焊缝区、焊接热影响区、母材区均为发现异常相。(4)通过硬度试验比较,发现热影响区不存在硬化现象。同时焊缝处由于晶粒粗化,发生了一定程度的软化现象,硬度比较低。
 
外观检査合格后进行射线探伤检测,探伤比例按图纸设计要求或www.shgdaf.com的GB50235确定,《金属熔化焊对接接头射线照相和质量分级》GB3323标准II级及以上为合格。钛合金焊接工艺,除原有焊口周边的彻底淸理、管内充氩、管外拖罩充氫、选用合适焊接参数外,关键是对管道充氩方式调整、改进了保护罩的设计、增设了冷却装置、采用了液氩,同时对钛合金薄壁管的焊接进行了探索和改进。
(1)采用海绵隔断、气体均布的充氩保护装置进行管内充氩保护,与以往充氩保护相比,由于海绵的柔软性和高弹性,在管道中胀紧,又可以很容易压缩从管道中拉出,,改变以往活动U用硬橡胶隔断充氩,固定口整管充氩的不合理性,既减少了管内充氩的氩气使用流量又降低了成本。气体均布头的加入改善了气体直通带来的管内空气排不尽、有死角等状况。这两方面的改进对焊接接头背面的保护效果好,同时又提高了焊接工效、操作更灵活。
(2)改进设计了带冷却装置、U型开口、气压均布跟踪式纯铜保护拖罩对焊缝区及热影响区进行氩气保护,与以往不锈钢拖罩相比,具有操作方便、灵活、焊枪可视角度好、减少对焊接接头的线能量输入、减少铁况,没有必要安装变频器经方案比选后该站水泵改造选用水泵重新选型,泵组整体改造的方式。
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