煙囪鋼內(nèi)筒鈦金屬焊接工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制

-.z.煙囪鋼筒鈦金屬焊接工藝的質(zhì)量控制煙囪鋼筒鈦金屬焊接工藝的質(zhì)量控制摘要文章概述了鈦的根本性能，介紹了鈦的焊接工藝，著重就鈦的焊接問題進(jìn)展了探討，特別對(duì)鈦焊接缺陷的產(chǎn)生進(jìn)展了分析，并結(jié)合實(shí)踐提出了相應(yīng)的防措施。關(guān)鍵詞鈦;焊接工藝;焊接缺陷的處理與修復(fù);鈦材焊接的問題;防措施一引言鈦?zhàn)鳛橐环N新型的防腐材料，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的開展，用鈦材制造的各種壓力容器、加熱器、反響釜和特殊設(shè)備已廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。由于鈦所具有的特殊性質(zhì)，所以它的焊接技術(shù)遠(yuǎn)不及鋼材焊接普及。操作保護(hù)措施、工藝規(guī)和操作要求要比鋼焊接復(fù)雜嚴(yán)格。二金屬鈦的根本性能鈦是銀白色稀有金屬，密度小，比重輕，強(qiáng)度高，耐腐蝕，對(duì)人體無害，有漂亮的金屬質(zhì)感。工業(yè)純鈦熔點(diǎn)為1668("4)"，有兩種同素異晶體。在882.5"以下呈密集六方穩(wěn)定態(tài)晶體為α鈦;穩(wěn)定態(tài)體心立方晶體為β鈦。工業(yè)純鈦可分為TA1、牌號(hào)，焊接性能良好。工業(yè)純鈦容易加工成型，但加工后會(huì)產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象。三現(xiàn)場(chǎng)狀況煙囪為套筒式煙囪，筒為鈦/鋼復(fù)合板，鋼筒直徑為9.2m，本工程鈦焊縫約7600m，焊接工作量較大，鈦貼條與鈦-鋼復(fù)合板現(xiàn)場(chǎng)接頭形式為搭接，現(xiàn)場(chǎng)主要為橫焊和立焊，假設(shè)焊縫質(zhì)量控制不好，鋼筒將失去其抗煙氣腐蝕的作用。本工程中的鈦貼條與鈦復(fù)層之間接頭形式為搭接，鈦焊縫主要是角焊縫，因此，鈦板焊接時(shí)，背部不需要充氬氣保護(hù)，同時(shí)，由于鈦貼條厚度僅為1.6mm，焊接過程中不需要太大焊接線能量，焊接熱輸入量少，再加上板較薄，散熱相對(duì)較快，因此焊接過后，焊縫溫度相對(duì)較低，現(xiàn)場(chǎng)制定了不加拖罩來保護(hù)焊接完畢的焊縫，這大大降低了現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝的復(fù)雜性。四焊前準(zhǔn)備1.焊前清理提醒操作者特別注意TA2/Q235B鈦/鋼復(fù)合板，TA2鈦復(fù)層的焊前清理是一項(xiàng)非常重要的工作，由于其清理的不細(xì)致引起的污染鈦材、鈦焊絲被使用，其危害是致命的。1.1TA2鈦貼條和鈦焊絲，必須進(jìn)展焊前清洗。。1.2酸洗后的TA2鈦貼條和鈦焊絲必須用清水沖干凈，然后烘干或風(fēng)干即可使用。假設(shè)暫時(shí)不用的應(yīng)妥善保管，以免造成新的污染。1.3施焊前，基層鋼及鈦復(fù)層的坡口區(qū)應(yīng)該清洗，沒有污染。如加工的坡口被污染，必須進(jìn)展清洗或用機(jī)械方法(可使用角向砂輪機(jī)，選用不銹鋼絲輪、銅絲輪或用刮刀)，加以清理干凈，對(duì)于鈦材再用干凈白布蘸丙酮擦洗。對(duì)于基層鋼Q235B，當(dāng)采用手工焊時(shí)，其清潔圍離焊邊至少20mm，鈦復(fù)層清潔圍離焊邊至少50mm。1.4對(duì)于TA2/Q235B復(fù)合板焊件裝配，當(dāng)厚度一樣時(shí)應(yīng)以鈦復(fù)層外表為基準(zhǔn)。厚度不同時(shí)也應(yīng)以鈦復(fù)層外表為基準(zhǔn)，假設(shè)設(shè)計(jì)圖紙或技術(shù)條件中有特別要求時(shí)，則應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。2.鈦/鋼復(fù)合板焊接方法及準(zhǔn)備2.1鈦復(fù)合板的焊接，優(yōu)先采用非溶化極(TIG)氬弧焊的方法，選用相應(yīng)的手工氬弧焊接設(shè)備。機(jī)的引弧穩(wěn)弧性能要好，焊接過程中參數(shù)穩(wěn)定規(guī)，調(diào)節(jié)方便，保護(hù)氣體供給系2.3選用焊統(tǒng)平安可靠。2.4氬弧焊接時(shí)，應(yīng)保證氬氣的保護(hù)效果，氬氣帶子應(yīng)采用不易吸潮材料的塑料管。每次開機(jī)前對(duì)輸氣管進(jìn)展檢查，開機(jī)后，檢查氬氣的出氣情況，假設(shè)發(fā)現(xiàn)其中輸氣不正常時(shí)，要及時(shí)處理更換。假設(shè)氬氣供給系統(tǒng)不正常，要由專業(yè)人員及時(shí)檢修，待檢修完成后，再次檢查，直到輸氣系統(tǒng)一切正常后，才可進(jìn)展下一步工作。敬請(qǐng)操作者注意，焊接氬氣保護(hù)是非常重要的環(huán)節(jié)，TA2鈦材焊接的保護(hù)情況直接影響到鈦材焊縫質(zhì)量，由于氬氣保護(hù)不到位所產(chǎn)生的任何缺陷都是致命的。五焊接工藝1.選用TA2焊絲2.鈦板的焊接原則上應(yīng)保證足夠的熔透深度，但又不能熔到鋼面，保證保護(hù)良好，防止產(chǎn)生缺陷，并且盡量采用較小的焊接線能量，盡量減少焊件的過熱。我們經(jīng)過長(zhǎng)期試驗(yàn)，推薦焊接工藝參數(shù)如下:手工鎢極氬弧焊工藝參數(shù)鈦板厚mm鎢極直徑mm焊絲直徑mm焊接電流A噴嘴直徑mm氬氣流量L/min1.22270—801610—145.將會(huì)熔入永久焊縫的定位焊縫應(yīng)去除其外表的氧化層等，焊縫顏色為銀白色和金黃色為正常，并使焊縫兩端平滑過渡以便于接弧，否則要加以修整。6.焊縫缺陷的去除或修整，采用砂輪(機(jī)械)修整的方法進(jìn)展處理。修磨后時(shí)，特別注意，要不傷及其它無缺陷或不需修理的部位，造成加大焊縫區(qū)域的傾向。7.焊接環(huán)境出現(xiàn)以下任一情況時(shí)，應(yīng)采取有效保護(hù)措施，否則應(yīng)立即停頓焊接工作。7.1焊接環(huán)境不清潔，有灰塵、煙霧等。7.2焊接環(huán)境風(fēng)速大于或等于1.5m/s。8.焊接過程中特別防止鐵離子污染焊縫區(qū)。假設(shè)出現(xiàn)熔深過大，可能產(chǎn)生焊縫融化金屬與鋼的互熔時(shí)，應(yīng)立即停頓焊接，查明原因。8.1假設(shè)需調(diào)整工藝參數(shù)時(shí)，其調(diào)整幅度不得超過原焊接工藝參數(shù)的10%，并經(jīng)試焊接后，才能進(jìn)展正常焊接。并在焊接記錄中注明。8.2如果出現(xiàn)工藝參數(shù)調(diào)整超過原工藝參數(shù)的10%時(shí)，經(jīng)試焊接仍不能滿足焊接要求時(shí)。則應(yīng)認(rèn)真核對(duì)，外界條件是否變化及焊材的情況，焊接設(shè)備的情況，保護(hù)氬氣的情況等。待問題解決后再進(jìn)展焊接工作。并在焊接記錄中注明。9.鎢極氬弧焊接中如出現(xiàn)鎢極碰到焊接金屬即觸鎢的情況，應(yīng)立即停頓焊接作業(yè)，去除污染源，更換鎢極后再進(jìn)展焊接作業(yè)。10.焊接作業(yè)時(shí)，焊縫應(yīng)盡可能的長(zhǎng)，當(dāng)中間出現(xiàn)停焊，重新進(jìn)展焊接時(shí)，焊縫應(yīng)重疊10mm左右。11.焊接時(shí)不得隨意引弧，焊縫成型應(yīng)光滑、均勻，不得有氣孔、凹坑、氧化等缺陷，焊接完成后應(yīng)進(jìn)展自檢，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)補(bǔ)修處理。12.焊接操作工必須穿戴清潔工作服、工作鞋及白手套才能進(jìn)展鈦復(fù)層的焊接作業(yè)，防護(hù)面罩必須用頭戴式，且不得有漏光現(xiàn)象。13.焊接過程中如定位焊點(diǎn)出現(xiàn)開裂，造成板邊錯(cuò)位或間隙變化應(yīng)立即停頓焊接，經(jīng)修復(fù)后再繼續(xù)進(jìn)展施焊。六焊接缺陷的處理與修復(fù):1.對(duì)于焊縫缺陷進(jìn)展修復(fù)時(shí)，應(yīng)首先對(duì)缺陷進(jìn)展砂輪修磨清理，再用白布醮丙酮進(jìn)展擦洗清理，清理完成后再進(jìn)展返修補(bǔ)焊，返修部位、返修過程應(yīng)記入質(zhì)量檔案。2.原則上同一部位的返修補(bǔ)焊不得超出兩次，假設(shè)兩次修復(fù)后仍舊出現(xiàn)不合格情況時(shí)，則應(yīng)用砂輪將以缺陷部位為中心周圍向外延伸10mm左右的鈦層去處，去處后的部位、鈦板條用丙酮進(jìn)展清洗，待晾干后進(jìn)展補(bǔ)塊焊接，并將其記入質(zhì)量檔案。七焊接質(zhì)量的檢驗(yàn):1.焊縫外觀質(zhì)量檢測(cè)1.1可用肉眼或5倍放大鏡對(duì)焊縫外形尺寸外表質(zhì)量進(jìn)展檢查，外觀檢查率為100%。1.2焊縫外形尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。1.3焊縫成型應(yīng)均勻、致密、光滑的向母材過度，不得有裂紋、氣孔、夾鎢、未熔合以及超過規(guī)定的咬邊、弧坑等缺陷，鈦焊縫外表不允許存在明顯的劃傷等缺陷。經(jīng)去除缺陷后的焊縫外表不得低于母材外表補(bǔ)焊處理。2.在外觀檢查合格的條件下，鈦復(fù)層焊縫進(jìn)展100%的著色滲透檢測(cè)。八鈦材焊接注意的問題由于鈦材的熔點(diǎn)高，熱容大，導(dǎo)熱性差，具有高的化學(xué)活性，使鈦材的焊接有以下主要問題。1.雜質(zhì)元素對(duì)焊縫金屬和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)的影響焊縫金屬和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)易被氧、氫、氮、碳等元素污染，使接頭的性能變壞。鈦在元素周期表中屬于過渡族元素具有很高的化學(xué)活性。常溫下光潔的鈦外表就能與空氣中的氧起"開場(chǎng)吸氧，600"開場(chǎng)吸氮，作用，生成一層致密的氧化膜，在250"溫度時(shí)開場(chǎng)吸氫，400并能和氫、氧起劇烈反響。隨著溫度升高其化學(xué)活性急劇增加。焊接時(shí)假設(shè)不采取保護(hù)措施或保護(hù)不良，空氣進(jìn)入焊接區(qū)域，或者由于焊絲焊件清理不干凈有油污，形成有機(jī)物、氧化膜等物質(zhì)，這些物質(zhì)在電弧熱的作用下分解成氧、氫、氮、碳等，這樣這些元素就會(huì)與被加熱了的鈦起作用。氧、氫、氮、碳是鈦的間隙元素，能溶解于鈦，形成間隙固溶體，當(dāng)元素含量超過其在鈦中的溶解度時(shí)，又會(huì)與鈦形成各種化合物(TiO、TIH2、TiN、TiC等)。當(dāng)形成間隙固溶體時(shí)，由于這些元素進(jìn)入鈦晶格中，會(huì)使鈦的晶格歪曲、畸變，從而改變鈦的機(jī)械性能。當(dāng)形成化合物時(shí)，由于這些化合物均屬硬脆性質(zhì)，會(huì)強(qiáng)烈的改變鈦的機(jī)械性能。氧、氮、碳使鈦的強(qiáng)度和硬度升高，塑性下降。而以氮的影響最大，氧次之，碳最小。氫在含量小于0.05%，對(duì)鈦的強(qiáng)度和塑性影響不明顯，但鈦的沖擊韌性明顯的下降。然而，實(shí)踐證明工業(yè)純鈦焊接時(shí)，焊縫被元素污染的程度是決定焊縫質(zhì)量好壞的最主要的因素。2.鈦焊縫和高溫?zé)嵊绊懙慕M織狀態(tài)發(fā)生變化,使接頭性能變壞鈦有兩種晶體構(gòu)造,在882"以上到熔點(diǎn)為體心立方構(gòu)造,叫β鈦,此溫度以下為密排六方構(gòu)造叫α鈦,在882"發(fā)生固態(tài)相變.處在高溫下的β鈦有晶粒發(fā)生急劇長(zhǎng)大的傾向.由于鈦又具有熔點(diǎn)高、熱容量大(20"時(shí))和導(dǎo)熱性差等特性，因此，焊接時(shí)高溫?zé)嵊绊憛^(qū)較寬，高溫停留時(shí)間較長(zhǎng)，這樣，使焊縫和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)的β鈦有晶粒長(zhǎng)大明顯。另外，焊接冷卻時(shí)，焊縫和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)金屬由β相向α相轉(zhuǎn)變，由于正常焊接冷卻屬快速冷卻，所以β相冷卻轉(zhuǎn)變成α相是針狀的組織(針狀α)。對(duì)于工業(yè)純鈦，焊縫金屬和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)的晶粒長(zhǎng)大是焊接接頭塑性下降的重要因素。裂紋也是鈦材焊接中可能產(chǎn)生的工藝缺陷。鈦焊縫裂紋屬于冷裂紋，產(chǎn)生的原因主要是氫的作用造成的。氫在鈦的β相和α相中溶解度不同，前者大后者小。假設(shè)熔池金屬中有較高的氫，在熔池金屬結(jié)晶時(shí)，氫可以溶解在β相，形成間隙固溶體。隨著焊縫金屬的繼續(xù)冷卻，β相轉(zhuǎn)變成α相，由于氫在α相中的溶解度下降，可能產(chǎn)生氫在α相中過飽和，特別是當(dāng)溫125"時(shí)，氫在α相中的溶解度急劇下降，當(dāng)溫度在125"以下，氫在α相中度冷卻到320-的溶解度只有0.0010-0.0029%。這個(gè)值遠(yuǎn)低于鈦材標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的雜質(zhì)氫含量。此時(shí)含有過飽和氫的α相將發(fā)生共析反響而析出TiH2,由于TiH2具有低的斷裂強(qiáng)度，使焊縫的韌性下產(chǎn)生體積膨脹而引起很大的晶間反響。所以，具有較低斷裂強(qiáng)度降，另方面伴隨共析反響,的焊縫在大的晶間應(yīng)力作用下可能產(chǎn)生晶間微裂紋，并擴(kuò)展成裂縫。特別是當(dāng)焊縫中含有較高的氧、氮、碳等雜質(zhì)而降低了焊縫的塑性時(shí)，晶間裂紋擴(kuò)展成宏觀裂紋的可能性就更大。所以氫是使鈦焊縫產(chǎn)生裂紋的根源，氧、氮、碳是促進(jìn)裂紋形成的因素。九、鈦及鈦合金焊接缺陷的防措施1(做好焊前準(zhǔn)備。焊件和焊絲外表質(zhì)量對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能有很大影響，因此必須嚴(yán)格清理。鐵板及鈦焊絲可采用機(jī)械清理及化學(xué)清理兩種方法。1.1機(jī)械清理:對(duì)焊接質(zhì)量要求不高或酸洗有困難的焊件，可用打磨機(jī)、細(xì)砂紙、硬質(zhì)合金刮刀或不銹鋼絲刷擦拭，但最好是用硬質(zhì)合金刮刀刮削鈦板，去除氧化膜。1.2化學(xué)清理:焊前可先對(duì)試件及焊絲進(jìn)展酸洗，酸洗液可用HF5%+HNO335%的水熔液。酸洗后用凈水沖洗，烘干后立即施焊。或者用丙酮、乙醇、四氯化碳、甲醇等擦拭鈦板坡口及其兩側(cè)(各50mm)、焊絲外表、工夾具與鈦板接觸的局部。清洗待焊件外表并在2小時(shí)焊接。2.正確選擇焊接材料。氬氣純度應(yīng)不低于99.99%，露點(diǎn)在-40"以下，雜質(zhì)總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.001%。重要構(gòu)件反面應(yīng)沖氬氣保護(hù)，當(dāng)氬氣瓶中的壓力降至0.981MPa時(shí)，應(yīng)停頓使用，以防止影響焊接接頭質(zhì)量。原則上應(yīng)選擇與根本金屬成分一樣的鈦絲，焊絲以真空退火狀態(tài)供給。有時(shí)為了提高焊縫金屬塑性，也可選用強(qiáng)度比根本金屬稍低的焊絲。3.注意觀察焊縫金屬外表。焊縫區(qū)金屬顏色與氬氣保護(hù)效果如下表:顏色銀白金黃紫青(藍(lán))灰白效果好中中差差質(zhì)量良好合格合格不合格不合格4.注意選擇保護(hù)氣體流量。氣體流量的選擇以到達(dá)良好的保護(hù)效果為準(zhǔn)，過大的流量不易形成穩(wěn)定的層流，并增大焊縫的冷卻速度，使焊縫外表層出現(xiàn)較多的α相，以至引起微裂紋?？刂坪脷怏w的流量及流速，防止產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，影響保護(hù)效果。十總結(jié)鈦焊接時(shí)，焊縫和高溫?zé)?/p>