论钛镍高合金材料的焊接技能及质量要求_沧州五森管道有限公司
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论钛镍高合金材料的焊接技能及质量要求

 

 
1、焊接工作的重要性
 
压力容器具有爆炸危险,一旦发生爆炸,将是灾难性的。事实证明压力容器的漏泄和爆炸大多源于焊接接头的断裂。因此,焊接质量是确保压力容器安全可靠的关键。国家对压力容器焊接有严格要求,制造单位在焊接前必须确保焊接工艺评定和焊工持证上岗。
 
在压力容器制造的诸多工序(如下料、机加、成形、焊接、检测等)中,唯独焊接不能外委,要求采用本厂的焊接工艺和由本厂的焊工焊接。这些都说明了焊接对压力容器的重要性。
 
树立焊接质量意识
 
做为钨极氩弧焊工需要树立四种焊接质量意识:干净意识;保护意识;焊透意识;饱满和美观意识。
 
2、焊前处理
 
清洁程度对钛镍材的焊接质量有很大影响,杂质如水分、油脂、锈蚀、氧化膜等熔入焊缝金属中将会出现气孔、夹杂、裂纹等缺陷。应特别注意表面不可残留含硫和含铅的物质。钨极氩弧焊钛时更容易出现气孔,因其焊丝中不像镍材焊丝含有Mn、Ti、Al等脱氧剂。
 
2.1.1镍材焊接前在坡口及其两侧20mm宽度的表面可用不锈钢丝刷或金属铣头清除氧化膜,用丙酮或酒精去除油脂、灰尘与其它污染物。镍材坡口表面热切割产生的氧化层需打磨去除干净,见金属光泽。
 
镍的氧化膜熔点比母材金属高很多(如镍的氧化膜熔点2090℃,纯镍的熔点1450℃,相差约640℃),在焊接过程中氧化膜不被熔化掉将导致焊缝金属夹渣。因此,这种氧化膜在焊接之前必须清除掉。
 
2.1.2钛及钛合金焊丝、坡口表面及其两侧20mm范围应进行表面清洁。可根据表面污染程度选用脱脂或机械清理。清理干净的焊丝和焊件,不应再直接用手触摸。气割、等离子切割等火焰方法加工的坡口,应从变色部分机械加工掉2~3mm。
 
加工后的坡口表面应平整、光滑、不得有裂纹、分层、夹杂、毛刺、飞边和氧化色。坡口表面应呈银白色金属光泽。特别应注意的是喷砂面钛板的坡口两侧10mm范围内必须去除氧化膜,见金属光泽后再焊接。否则,将会出现焊缝边缘气孔。
 
2.1.3换热器未穿管前,换热管整根管子清除表面附着物;管端清除表面氧化膜、油污、水渍和毛刺;清洁长度不小于管外径,且不小于25mm。管板和折流板整体去除油污和毛刺。换热管伸出管板过长时,应用机械方法削平,不能用砂轮打磨。
 
2.1.4钛-钢复合板起边后的坡口(图1所示)边缘10mm范围内的残余钛打磨去除干净。这种残余钛熔入钢焊缝将会形成微裂纹。
 
2.1.5镍钢复合板台阶式坡口(图2所示)边缘的残留高合金必须打磨去除干净。这种高合金熔入钢焊缝将会产生脆硬相或出现裂纹。
 
2.1.6复合板(包括钛-钢和镍-钢)复层焊接前整个筒体内部清理干净,无灰尘铁削等脏物。复层坡口两侧各25mm内的表面和钛盖板表面焊前抛光处理和丙酮擦洗。
 
2.1.7焊丝用丙酮擦洗干净后再使用。
 
焊前处理就是讲究干净:厂房干净;焊件干净;焊丝干净;人干净。专业钛镍材容器制造厂应有洁净厂房,操作人员应穿干净的工作服和洁净的皮质手套。
 
2.2氩气保护
 
母材和焊材表面必须清洁,防止污染物质熔入焊缝;高温熔池和高温焊道必须得到惰性气体的有效保护,防止焊缝金属的氧化,这两点是获得优质焊接接头的重要条件。因此,氩气保护是焊接钛镍材的最基本要求。氧化将会削弱焊接接头的力学性能和耐蚀性能。
 
焊接钛镍材要有保护意识并掌握保护技术。金属的活性越高对保护的要求越严格,钛材要求使用99.99%的纯氩,锆材要求使用99.999%的高纯氩,钽材应在密闭的充氩的气室中焊接。
 
根据焊接接头的实际形状制作适宜的保护工装(通常叫保护盒),是钨极氩弧焊工应具备的技能,也是焊接钛镍材的一项重要准备工作。因此,焊工有两重任务,一是焊好,二是保护好。焊接和保护二者相辅相成,焊好保护不好没用,保护好焊不好也没用。没有合适的保护措施禁止焊接。
 
保护有拖罩保护和充氩保护两种方式,能用拖罩保护不用充氩保护。充氩的空间往往较大,不仅保护效果不好而且费气。
 
2.2.1只要采用钨极氩弧焊,就必须对高温(钛材为400℃以上)熔池或焊道进行氩气保护,即使是普通碳钢。碳钢、不锈钢第一层焊接用氩弧打底时,背面也应用氩气保护。碳钢保护好也是银白色的。不保护的接头射线检测是没有问题的,但性能(尤其是背弯)就不一定合格了。
 
2.2.2用钨极氩弧焊组对工件点焊定位时,背面能用拖罩保护时用拖罩保护。对于小直径对接口可以充氩保护。
 
2.2.3换热器换热管与管板焊接时有两种形式,一种是管头熔倒(破头焊),一种是管头不熔倒(留头焊)。破头焊加铜堵(图3所示),防止和减少焊接时焊把喷嘴氩气流失。留头焊在管内加保护工装(图4所示),通氩气保护。
 
留头焊的管伸出长度应达到4mm或以上,以便焊接时管头不被咬豁。若需要焊后可将管头用机械的方法削至符合图样要求的长度。留头焊除了保证根部熔合外,应特别注意管内壁不氧化、不熔化。
 
2.2.4在氧化的焊道上焊一层保护完好的焊道是极其错误的,尤其对于先拼板后成形的钛封头或筒体纵缝。
 
2.2.5钛材焊后表面应呈银白或淡黄色,不应出现蓝色。靠用第二遍焊接或用焊把一燎去除蓝色的作法是错误的。正确的做法是刷掉或磨掉氧化的熔敷金属。
 
2.2.6钛钢复合板设备,检漏孔起三个作用:焊接钛盖板时由检漏孔通入氩气保护背面;焊后打气密检漏;运行中的泄漏信号孔。
 
钛钢复合板筒体焊接时应按图5所示设计检漏孔(焊检漏嘴)和气路阻断(银钎焊),即纵缝上2个检漏孔,环缝上2个检漏孔(如图6所示);气路阻断后纵焊缝和环焊缝不联通。第一层焊接时,在待焊的钛盖板正面两侧贴纸,边焊边揭(如图7所示)。
 
一侧揭纸的长度不超过250mm,一次焊接的长度不超过200mm,两侧交替进行。第二层焊接时,由检漏孔继续通氩气保护。由检漏孔通氩气时,一部分氩气流向焊接区域,另一部分氩气从另一个检漏孔流出。
 
2.2.7由于钛制容器薄板居多,当在筒体或封头上焊接附件时,对应的另一侧不应氧化。
 
在实际手工焊接操作中,一名焊工焊接需要一名或二名保护工保护。保护工需注意力集中,要紧跟焊把的移动而移动保护拖罩,这叫跟盒保护(如图8、图9所示)。正面跟盒的保护工不能跟的太紧而碰撞焊把影响焊工操作,或跟的太慢保护效果变差。背面跟盒的保护工要根据焊接熔池亮点的移动而时时移动保护拖罩。因此,一条优质焊缝的获得是焊工和保护工相互配合的结果,保护工是有功劳的。
 
由于焊件结构的多样复杂性做好保护工作是不容易的,应得到足够的重视。在焊接前做好保护工装,并得到验证。应着重解决好镍材膨胀节、钛材封头、弯头、三通、钛钢复合板的焊接保护。
 
2.3焊透
 
未焊透等于削弱承压厚度,跟裂纹一样是不允许存在的焊接缺陷,涉及到压力容器的安全。
压力容器的A、B类对接接头因需经过射线检测,绝大多数的情况下是能焊透的。未焊透经常出现在接管与筒体的D类角接接头上,尤其是带补强圈的情况。由于这种焊接接头往往没有射线或超声波检测要求,长期以来操作人员没有养成焊透意识。若不做出特别提示,接管焊不透的情况较多。
 
焊透需要坡口加工到位,既方便焊透又不能有很大的组对间隙。有条件的可以机加工坡口,没条件的可以用等离子或火焰切割,但要留有修磨余量。
 
检测手段跟上是培养焊工焊透意识的重要手段。
 
2.4焊缝饱满和美观
 
所谓焊缝饱满就是对接接头的焊缝填充金属不低于母材表面,角接头的焊脚高度达到图样要求。焊缝是否饱满与焊接层数有关,不饱满是焊接层数不够。焊缝饱满和焊脚高度是最容易解决的问题,只是常常被忽视。焊缝成形一致,焊波均匀即是美观。
 
在保证焊缝内在质量合格的情况下,追求焊缝的外在美观,这是焊接操作的最高境界。内外都华丽是焊接质量的终极目标。焊缝外观检验合格不一定能达到美观的程度。评定美观的标准是什么?在这里只有一条就是看着“舒服”,如同欣赏一件工艺品。
 
不要把焊缝返修当成焊缝不美观的理由,必须明确焊接返修是对焊缝表面质量最严重的破坏,应力图避免焊接返修。
 
因此,应树立“焊就焊好,还求更好,一次焊好”的焊接理念。
“焊就焊好”是保证焊接接头的综合性能合格,这是最基本的要求;
“还求更好”是焊道美观;
“一次焊好”是不返修,不破坏焊缝外观质量,不浪费时间和材料。

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