钛设备制造的技术和现状

樊亚楠

(宝钛集团有限公司   陕西  宝鸡 721014)

摘 要本文介绍了钛设备在国内的应用,以及钛材焊接工序、工艺特点和焊接工艺参数,从加工条件、坡口切削、卷板以及焊接保护措施等方面,总结了钛设备制造的经验;讨论了钛设备制造存在的问题及应对对策。

关键词:钛设备焊接;现状

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.钛设备的应用

目前我国每年的钛材消耗量大于2000t,约有90%的用于民用。民用钛材中约有70%用于制造容器,其中管材约占50%,板、带材约占34%,棒材、锻件约占12%,丝材约占2%,铸件约占2%。由于钛材在许多酸、碱及盐类介质中具有优异的耐腐蚀性能,因此在石油、化工、冶金、海洋工程等行业中具有广泛的用途。

虽然钛设备的价格较高,但由于使用寿命长,维修费用低,有利于降低原材料和能源消耗,改善劳动条件,从而可以获得很高的经济效益。

由于化工过程中所用的钛材大多数为压力容器,不但要求钛材具有优良的耐腐蚀性能,而且还应具有较高的综合力学性能及良好的焊接性能等。

2.钛设备制造

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
    (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。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。
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 
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。采用使筒节在滚板机上滚圆后立即点焊
  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。
3.2 焊接工艺

1  焊接工艺参数

类 别

板 厚(mm)

焊接位置

(mm)

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

2.0
3.0

80~100
90~100

14~16
15~16

4~8
10~12

10~11
11~12

对 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氩气流量以7~15L/min为宜,太小保护效果差;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。

3.4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2钛材焊缝表面颜色焊接质量判定。

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(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,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,其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。 

4.存在的问题与对策

4.1自动化水平

国内设备制造与先进国家之间的重大差距是自动化水平不高,焊接方面尤为突出。自动焊不但可以提高焊缝质量,而且焊缝成形也比手工焊好。化工领域所需的许多大型设备,必须依靠机械化、自动化生产来实现。这方面国内应加强技术开发力度,努力提高生产效率,提高钛设备的质量。

4.2改善生产环境,提高管理水平

钛材是一种活性金属,它受铁离子,灰尘及其它污染物污染的敏感性较钢铁材料要高得多,因此,钛材的生产需要在洁净厂房内进行。厂房的洁净度实际上达不到钛材生产的要求,普遍存在着钢结构和钛部件同时焊接的现象。钛设备的质量受到不同程度的影响。

国产钛设备与其它先进国家的差距主要在管理方面。设备外观粗糙的原因不是技术不过关,而是管理不到位。在许多环节,由于缺乏对工序的管理及工艺纪律的监督,致使钛材表面的划伤现象相当严重。

参考文献

1]罗国珍等.中国钛的研究和发展[J].稀有金属材料与工程.1997, 26(5):2

2]程殿彬.离子膜制碱生产技术[M].化学工业出版社.1998

3]黄嘉虎.压力容器材料实用手册[M].化学工业出版社.1994

4]辛湘杰等.钛的腐蚀、防护及工程应用[M].安徽科学技术出版社.1988