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钛换热器管板的焊接及性能试验

来源:钛板,钛棒,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-6-10 9:45:52
换热器的焊接均采用钨极气体保护焊。焊丝选择STA2Rφ2~3mm,焊丝符合JB/T4745-2002《制焊接容器》附录D要求。电源极性为直流正接。保护气体采用氩气,纯度不低于99. 9%。此设备的焊接包括TA2板间对接;TA2换热管与管板角接两部分。
 
换热管与管板角接换热管与管板的焊接难点在于:①换热管及管板四周无法有效的气体保护。②换热管管壁薄不易散热产生热量集中。我们在换热管中塞入铜柱,有效地解决了气体保护和散热的难题。铜柱中心钻φ3孔,端部加工斜面如图。焊接时,焊接换热管及四周换热管中均塞入铜柱,焊接换热管内的铜柱距换热管管端10mm左右距离,起保护气体回流作用,四周换热管内的铜柱与换热管端平齐,起散热作用。采用铜材质是因为其具有良好的导热性能。
 
管板管孔加工2×45°坡口,换热管外伸2mm,焊角高≥1.5mm。焊接前须将管孔内部及四周、换热管顶端50mm范围内用丙酮清洗干净。钨极距管板1~1. 5mm,钨极与管孔夹角15~20°,焊接速度1. 5~2r/min。换热管与管板焊接规范参数见表1。焊接时尽量选取较小线能量,即在保证焊缝成型良好的前提下,选用小的焊接电源和大的焊接速度,多层多道焊时应在前道焊缝冷却后再焊下一道,以避免金属过热和晶粒粗大现象。
 
钛设备的特点不同于碳素钢、不锈钢及其它金属设备, 其制造工艺也有别于以上金属设备。某厂使用的换热器结构为方形管板(引进技术,替代产品),换热管的数量为468根,换热管和管板均为工业纯钛(TA2),换热管的壁厚仅为0.8 mm。换热管与管板的焊接有较大的难度。在化工设备中,换热器的换热管壁厚一般在2 mm左右,管端相对于管板可以是伸出或缩进, 也可以与管板平齐, 而壁厚较小的换热管只能采用与管板平齐或管端伸出lmm-2 mm的接头型式。
 
钛板的焊接及性能试验:
 
在某工程项目上,设备的主体材质为钛材,牌号为TA2,考虑到产品的厚度和评定覆盖范围,在产品焊接前, 我们选用30mm厚的钛材,采用手工钨极氩弧焊进行焊接工艺评定试验。
1.坡口选择。由于板材厚度为30mm,考虑到尽量减少焊材的填充量,我们采用如附图所示的双面U型坡口。
2.焊接工艺要点
3.焊接环境:钛材的焊接应在清洁的环境中进行,严禁在含有铁、磨料粉末、灰尘的空气中施焊。焊接时应避开通风口和敞开的门窗,防止外界气流对保护气的影响。
4.坡口加工和清理:坡口宜采用机械加工,并去除毛刺,坡口附近20mm 范围应使用不锈钢丝刷清理干净,机械清理后应立即用丙酮清洗上述表面并擦拭干净。
5.氩气保护:对熔池及处于400℃ 以上的区域(包括焊缝背面)进行良好的氩气保护。需要采用大喷嘴焊枪, 一般喷嘴直径为Φ16mm左右,喷嘴内应设置气体透镜以确保保护效果。另外需根据实际焊接结构,设计制作气体保护装置,除了喷嘴氩气保护外,还应设置拖罩保护以保护凝固的高温焊缝,制作反面保护罩以保护焊缝背面,在焊接时,背面保护装置应随着正面焊接同时移动。
 
焊后检查:
焊后首先需对焊缝外观宏观检验,如焊缝成形良好,表面呈银白色则表明焊缝具有良好性能。如果焊缝呈黄色、蓝色表明焊缝被氧化塑性稍有下降,但可以使用。如果焊缝呈青紫色、甚至暗灰色则表明焊缝氧化严重,塑性下降易有夹渣、裂纹、气孔等缺陷。焊缝出现此种颜色需重新进行焊接。宏观检验后对板间对接焊缝按图纸要求进行射线探伤,符合JB/T4730. 2-2005《承压设备无损检测》Ⅱ级合格,管板角焊缝进行着色探伤,符合JB/T4730. 5-2005《承压设备无损检测》Ⅰ级合格。探伤合格后对设备进行酸洗,酸洗液采用HF3% +HNO3水溶液,酸洗温度控制在40℃以下以防钛被氢化。
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