钛材设备制造技术.doc

1、钛 材 设 备 制 造 技 术摘 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 Yufe

2、ng(Lanzhou,Gansu)&Fang Youqiao1 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 。 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

3、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

4、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 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

5、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

6、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 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 10 20mm 为 宜 。采 用 剪

7、 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

8、 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 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

9、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

10、 焊 接 时 采 用 手 工 钨 极 氩 弧 焊 。 由 于 钛 材 的 熔 点 高 、 热 容 大 、 导 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

11、 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 理 。 清 理 的

12、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

13、)。(2)钨 极 伸 出 10 12mm 为 宜 ， 焊 缝 每 次 填 充 的 高 度 为2 3mm， 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(L/min)组 合 角接 3垂 直 俯位2.03.080 10090 10014 1615 164 810 1210 1111 12对 接 3平 焊2.03.080 10090 11014 1514 168 108 168 109 15(3)焊 接

14、 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

15、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 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

16、制 的 保 护 盒 如 图 2 所示 。 氩 气 流 量 以 7 15L/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

17、 ， 参 照 表 2 可 通 过 钛 材 焊 缝 表 面 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

18、(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 参 考 文 献 1 王 瑶 琴 等 .钛 制 化 工 设 备 设 计 .上 海 ： 上 海 科 学 技 术 出 版 社 ，1989 2 中 国 寰 球 化 学 工 程 公 司 .CD130A9-87 钛 制 设 备 技 术 条 件