鈦設備制造的技術和現狀

樊亞楠

(寶鈦集團有限公司   陜西  寶雞 721014)

摘 要本文介紹了鈦設備在國內的應用,以及鈦材焊接工序、工藝特點和焊接工藝參數,從加工條件、坡口切削、卷板以及焊接保護措施等方面,總結了鈦設備制造的經驗;討論了鈦設備制造存在的問題及應對對策。

關鍵詞:鈦設備焊接;現狀

Titanium Equipment of Technology and Actuality

FAN Ya-Nan

Baoji Titanium Group

Abstract: This paper discusses the application of titanium equipment in the country, introduced the titanium welding processes, welding parameters and process characteristics, in terms of processing conditions, bevel cutting, plate bending and welding technology and welding characteristics of protective measures, summed up the titanium experience in timber manufacturing equipment; it discusses existing titanium equipment manufacturing problems and respond in countermeasures.

Key wordsTitanium equipmentWelding Actuality

1.鈦設備的應用

目前我國每年的鈦材消耗量大于2000t,約有90%的用于民用。民用鈦材中約有70%用于制造容器,其中管材約占50%,板、帶材約占34%,棒材、鍛件約占12%,絲材約占2%,鑄件約占2%。由于鈦材在許多酸、堿及鹽類介質中具有優異的耐腐蝕性能,因此在石油、化工、冶金、海洋工程等行業中具有廣泛的用途。

雖然鈦設備的價格較高,但由于使用壽命長,維修費用低,有利于降低原材料和能源消耗,改善勞動條件,從而可以獲得很高的經濟效益。

由于化工過程中所用的鈦材大多數為壓力容器,不但要求鈦材具有優良的耐腐蝕性能,而且還應具有較高的綜合力學性能及良好的焊接性能等。

2.鈦設備制造

2.1 前期準備

(1)專門劃分一塊鈦材設備制造區域,嚴禁與碳鋼設備混堆、接觸
    (2)材料要入庫妥為保管,禁止露天堆放。同時設置幾個鈦材專用的邊角余料箱,將邊角料分類回收。
    (3)自行設計、制造所需的專用機具、胎具等。設備如剪板機、刨邊機、滾板機等要保持清潔,防止油污、鐵屑、輥子上的缺陷等損傷鈦材表面。
    (4)參加鈦設備制造的人員,著裝應符合要求,工作服、手套要整潔,不允許穿帶鐵釘的鞋,并且盡量避免在鈦板上走動。
2.2 劃線與落料
  鈦材對缺陷的敏感性很強,因此禁止用鐵錘擊打鈦材表面或打樣沖或鋼印,禁止用墨汁或油漆書寫有關標記。鈦材還易受鐵、油污等的污染,下料切割后須用砂輪機將污染部位打磨干凈,因此劃線時要適當多留一些加工余量,一般以10~20mm為宜。
  采用剪板、砂輪機或等離子弧切割落料。
2.3 加工坡口
  對板材要求在刨邊機上刨出坡口,對管材要求在車床上車出坡口,坡口均為V型,較長的板在刨邊過程中容易產生撓曲、被撕裂的現象。為了解決這些問題,我們用槽鋼壓緊刨削端,以增大刨邊機對板材的壓緊力,同時減小板材伸出刨邊機的長度(由常規的50mm減為30mm),以增大其剛度,再調整好刀具的刃傾角,并采用低速和小的進刀量切削,結果坡口光亮如鏡,比碳鋼及不銹鋼坡口的粗糙度要低得多。
  注意在鈦材刨邊過程中不能中途停止進刀,否則容易引起切削表面硬化 
2.4 卷板
  鈦板在卷制時,板材回彈量要比碳鋼及不銹鋼大,致使點焊比較困難。采用使筒節在滾板機上滾圓后立即點焊
  錐形封頭、直徑≥108mm的接管(沒有無縫鈦管,需用板卷制)、人孔筒節等在滾板機上無法成型,可使用自制胎具壓制。
3.焊接及檢測
3.1 焊接材料及設備
  鈦材焊接時采用手工鎢極氬弧焊。由于鈦材的熔點高、熱容大、導熱性差,與碳鋼及不銹鋼相比,鈦材還具有較高的化學活性。當焊接時,它極易與氧、氫、氮、碳等元素發生劇烈反應,導致焊接接頭脆化,容易產生裂紋。為了獲得機械性能良好的焊縫,焊前表面清理及焊接過程中的保護措施是保證焊接質量的關鍵。
3.2 焊接工藝

1  焊接工藝參數

類 別

板 厚(mm)

焊接位置

(mm)

焊絲直徑
(mm)

電  流
(A)

電  壓
(V)

焊 速
(cm/min)

氬氣流量
(L/min)

組合角接

3

垂直俯位

2.0
3.0

80~100
90~100

14~16
15~16

4~8
10~12

10~11
11~12

對 接

3

平  焊

2.0
3.0

80~100
90~110

14~15
14~16

8~10
8~16

8~10
9~15

3.3 焊接過程的保護措施
  由于鈦材對氧、氫、氮有很高的親合力,容易導致焊接接頭塑性下降,所以對焊縫熔池及其背部400℃以上的焊接熱影響區都必須進行嚴格的保護。熔池的保護由焊炬來完成,熱影響區及400℃以上的受熱部位由保護盒保護。保護盒最好用銅材制作氬氣流量以7~15L/min為宜,太小保護效果差;太大會引起氣流紊亂,把空氣帶入焊接區。因此,氬氣應保持層流狀態。

3.4焊縫檢測
  焊縫采用外觀檢查、著色及射線檢測三種方式來檢驗焊縫質量。外觀檢查主要觀察焊縫的表面缺陷及焊接接頭的顏色,并根據表面顏色來判定氣體的保護效果2鈦材焊縫表面顏色焊接質量判定。

2 鈦材焊縫顏色與焊接質量的判定

表面顏色

保護情況

焊縫情況

接頭質量

處理措施

銀白色

良好

良好

使用可靠

不需處理

金黃色

尚好

沒有影響

能使用

用砂紙打磨掉表面金黃色

藍色

一般

表面氧化,使表面塑性稍有下降

承受負載較大時不能使用

用砂紙打磨掉表面藍色

紫色

(花色)

較差

氧化嚴重,塑性顯著降低

使用條件(介質、負載)苛刻時不能使用

用砂紙打磨掉表面紫色

灰色或
表面有
粉狀物

極差

完全氧化,易產生裂紋、氣孔等缺陷

不能使用

不合格,重新施焊

對于局部表面顏色不合格的焊縫,其熱影響區必須用砂輪全部磨去后重新施焊,補焊次數不能超過兩次。按JB4730-94“壓力容器無損檢測”進行著色及射線檢測,著色檢測應符合Ⅱ級要求,射線檢測應符合Ⅲ級要求。 

4.存在的問題與對策

4.1自動化水平

國內設備制造與先進國家之間的重大差距是自動化水平不高,焊接方面尤為突出。自動焊不但可以提高焊縫質量,而且焊縫成形也比手工焊好。化工領域所需的許多大型設備,必須依靠機械化、自動化生產來實現。這方面國內應加強技術開發力度,努力提高生產效率,提高鈦設備的質量。

4.2改善生產環境,提高管理水平

鈦材是一種活性金屬,它受鐵離子,灰塵及其它污染物污染的敏感性較鋼鐵材料要高得多,因此,鈦材的生產需要在潔凈廠房內進行。廠房的潔凈度實際上達不到鈦材生產的要求,普遍存在著鋼結構和鈦部件同時焊接的現象。鈦設備的質量受到不同程度的影響。

國產鈦設備與其它先進國家的差距主要在管理方面。設備外觀粗糙的原因不是技術不過關,而是管理不到位。在許多環節,由于缺乏對工序的管理及工藝紀律的監督,致使鈦材表面的劃傷現象相當嚴重。

參考文獻

1]羅國珍等.中國鈦的研究和發展[J].稀有金屬材料與工程.1997, 26(5):2

2]程殿彬.離子膜制堿生產技術[M].化學工業出版社.1998

3]黃嘉虎.壓力容器材料實用手冊[M].化學工業出版社.1994

4]辛湘杰等.鈦的腐蝕、防護及工程應用[M].安徽科學技術出版社.1988

 

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