[ 来源：　|　作者：本站　|　发布时间：2018-03-13 |　浏览：498次 ]

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)。
　　(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

(3)焊接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，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

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Ⅱ级要求，射线检测应符合Ⅲ级要求。