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有色金屬壓力容器的焊接
http://www.prcxex.live 2017-12-13 11:24:17 轉載

  壓力容器設備中,除廣泛使用碳鋼、低合金鋼及不銹鋼外,有色金屬如鈦及鈦合金、鎳及鎳基合金等的應用也日益增多。今天我們就來了解下有色金屬壓力容器的焊接相關。

  鎳基耐蝕合金的焊接

  鎳及鎳基合金具有特殊的物理、力學及耐腐蝕性能,鎳基耐蝕合金在200℃~ 1090℃范圍內能耐各種腐蝕介質的侵蝕,同時具有良好的高溫和低溫力學性能。在一些苛刻腐蝕條件下是一般不銹鋼無法取代的優良材料。純鎳一般在工業中應用較少,但在鎳中添加入鉻、銅、鐵、鉬、鋁、鈦、鈮、鎢等元素后,通過固溶強化,不但改善其力學性能,而且可適應于各種腐蝕介質下侵蝕,使其具有優良的耐腐蝕性。

  1、鎳基耐蝕合金的焊接特點

  ①易產生焊接熱裂紋

  由于鎳基合金為單相奧氏體組織,所以與不銹鋼相比,具有高的焊接熱裂紋敏感性,特別是焊縫易產生多邊化晶間裂紋。這種裂紋一般為微裂紋,焊后對焊縫進行著色檢查時,短時間都發現不了,但經過一段時間后,才顯露出來。這說明裂紋非常微細,但有時也能發展為較寬的宏觀裂紋。如果在單相奧氏體焊縫中加人固溶強化的鉬、鎢、錳、鉻、鈮等元素,就可有效地抑制鎳基合金焊縫多邊化結晶的發展,從而顯著提高抗熱裂紋能力。限制線能量,避免采用大線能量焊接也有利于防止熱裂紋的產生。此時注意,如果線能量過小,會加速焊縫的凝固結晶速度,更易形成多邊化晶界,在一定應力下有助于多邊化裂紋的產生。

  ②液態金屬流動性差,焊縫熔深淺

  這是鎳基合金的固有特性。靠加大焊接電流不是解決此問題的辦法,因為電流增加會引起裂紋和氣孔,降低接頭的耐蝕性能,所以為了獲得良好的焊縫成形,應采用小擺動工藝,另外要加大坡口角度,減小坡口鈍邊。

  2、鎳基耐蝕合金的焊接要點

  鎳基合金一般可采用與奧氏體不銹鋼相同的焊接方法進行焊接。這里就最常用的鎢極氣體保護焊和焊條電弧焊進行論述。無論是何種焊接方法,焊前一定要徹底清理焊接區表面,鎳基合金對污染物的危害極為敏感,母材應盡可能在固溶狀態下焊接。

  ①鎢極氣體保護焊是應用最廣泛的,幾乎適合于任何一種可熔焊的鎳基合金,特別適合于薄件和小截面構件。保護氣體最常用的是氬氣,它成本低,密度大,保護效果好。氬氣中加5%氫氣,有還原作用,一般只用于第一層焊道和單道焊,多層焊的其余焊道可能要產生氣孔。氦氣保護焊應用較少,但有如下特點,氦氣導熱大,向熔池線能量比較大,能提高焊接速度,減少了氣孔的可能性,但氦弧焊,電流小于60A時,電弧不穩定。

  鎢極氣體保護焊焊一般使用直流正接,采用高頻引弧以及電流衰減的收弧技術。在保證焊透的條件下,應采用較小的焊接線能量,多層焊時應控制層間溫度,焊接析出強化合金及熱裂紋敏感性大的合金時,更要注意控制層間溫度。弧長盡量短,薄件焊接時焊槍可不作擺動,但厚板多層焊時,為使熔敷金屬與母材及前道焊縫充分熔合,焊槍仍可適當的擺動。為保證單面焊完全焊透需要用帶凹形槽的銅襯墊,通以保護氣體進行反面保護。為加強焊接區的保護效果,也可在焊嘴后側加一輔助輸入保護氣體的拖罩。

  ②使用焊條電弧焊時焊接鎳基合金時,由于焊條含合金元素多,且要求防止熱裂紋,一般鎳基合金焊條的藥皮類型為堿性藥皮,采用直流反接。為了防止合金元素的燒損和控制線能量,焊接時要求盡可能采用小規范,與同規格的不銹鋼焊條相比,電流可降低20%~ 30%。由于液態金屬的流動性差,為防止未熔合和氣孔等缺陷,一般要求在焊接過程中適當擺動,但不能過大。在焊縫接口再引弧時,應采用反向引弧技術,以利調整接口處焊縫平滑并且能有利于抑制氣孔的發生。采用逆向收弧,把弧坑填滿,防止弧坑裂紋,必要時要對弧坑進行打磨。

  鈦及鈦合金的焊接

  鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能,在氧化性、中性及有氯離子介質中,其耐腐蝕性優于不銹鋼,有時甚至為普通奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的10倍。工業純鈦塑性好,但強度較低,具有良好的低溫性能,其線膨脹系數和熱導率都不大,這都不會給焊接帶來困難。鈦合金的比強度大,又具有良好的韌性和焊接性,在航天工業中應用最為廣泛。鈦及鈦合金在我國現行標準中按其退火態的組織分為α鈦合金、β鈦合金和α+β鈦合金三類,分別用TA、TB和TC表示。在石化行業中的壓力容器設備中,牌號為TA2這種工業純鈦使用為居多。

  1、鈦及鈦合金的焊接特點

  ①雜質元素的沾污引起脆化

  鈦是一種活性元素,特別是在焊接高溫下非常容易吸收氮、氫、氧,從而使焊縫的硬度、強度增加,塑性、韌性降低,引起脆化。碳也會與鈦形成硬而脆的TiC,易引起裂紋。因此,鈦及鈦合金焊接時必須進行有效的保護,防止空氣或其他因素的污染。因此鈦及鈦合金焊接不能采用氣焊或焊條電弧焊方法進行,否則接頭滿足不了焊接質量要求,一般只能采用氬氣保護或在真空下焊接。

  ②焊接相變引起的接頭塑性下降

  常用的工業純鈦為α合金,焊接時由于鈦導熱差、比熱小、高溫停留時間長、冷卻速度慢,易形成粗大結晶;若采用加速冷卻,又易產生針狀α組織,也會使塑性下降。

  ③產生焊接裂紋

  鈦合金焊接時產生的焊接熱裂紋的幾率極小,只有當焊絲或母材質量不問題時才可能產生熱裂紋。由氫引起的冷裂紋是鈦合金焊接時應注意防止的,焊接時熔池和低溫區母材中的氫向熱影響區擴散,引起熱影響區含氫量增加,造成熱影響區出現延遲裂紋。

  ④氣孔

  鈦及鈦合金焊接時氣孔是最常見的焊接缺陷。焊絲或母材表面清理不干凈或氬氣不純都會造成氣孔產生,因此保護氣-氬氣純度要求在99.99%以上,焊絲及工件表面要酸洗、凈水沖洗后烘干。

  2、鈦及鈦合金的鎢極氬弧焊

  鈦及鈦合金焊接時采用最多的就是鎢極氬弧焊,對于較厚的工件也可采用熔化極氬弧焊,對于技術要求嚴格的航天工業中一些重要設備經常也采用真空電子束焊接。

  ①焊絲的選用。焊絲的選用應使在正常焊接工藝下的焊縫在焊后狀態的抗拉強度不低于母材退火狀態的標準抗拉強度下限值,焊縫焊后狀態的塑性和耐蝕性能不低于退火狀態下的母材或與母材相當,焊接性能良好,能滿足鈦容器制造和使用的要求。

  焊絲中的氮、氧、碳、氫、鐵等雜質元素的標準含量上限值應大大低于母材中雜質元素的標準含量上限值。不允許從所焊母材上裁條充當焊絲,應采用JB/T 4745-2002《鈦制焊接容器》中附錄D中的焊絲用作鈦容器用焊絲。雜質元素含量不高于JB/T 4745-2002中附錄D的其他標準的焊絲也可使用。

  一般情況下可按表根據所焊母材牌號來選擇相應的焊絲牌號,并通過JB/T 4745-2002中附錄B的焊接工藝評定驗證。

  不同牌號的鈦材相焊時,一般按耐蝕性能較好和強度級別較低的母材去選擇焊絲材料。

  ②保護氣體的選用。焊接用氬氣純度不應低于99.99%,露點不應高于-50℃,且符合GB 4842-1984的規定。當瓶裝氬氣的壓力低于0.5MPa時不宜使用。

  ③鎢極。鎢極氬弧焊時推薦采用鈰鎢電極。電極直徑應根據焊接電流大小選擇,電極端部應為圓錐形。

  鈦及鈦合金氬弧焊時,最關鍵的是要將焊接高溫區與空氣隔離開,為了有效地進行保護,焊炬噴嘴、拖罩和背面保護裝置通以適量流量的氬氣是極其重要的。焊縫及近縫區顏色是衡量保護效果的標志,銀白色、淺黃色表示保護效果好,深黃色為輕微氧化,一般情況下還是允許的,金紫色表示中度氧化,深藍色表示嚴重氧化,至于灰白色是絕對不允許的,表示焊縫已經變質,必須報廢重焊。

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