有色金屬壓力容器的焊接

2019-08-27 10:08:00
孫輝
原創
1118
摘要:壓力容器設備中,除廣泛使用碳鋼、低合金鋼及不鏽鋼外,有色金属如钛及钛合金、镍及镍基合金等的应用也日益增多。今天我们就来了解下有色金屬壓力容器的焊接相关。

壓力容器設備中,除廣泛使用碳鋼、低合金鋼及 不鏽鋼外,有色金属如钛及钛合金、镍及镍基合金等的应用也日益增多。今天我们就来了解下有色金屬壓力容器的焊接相关。

鎳基耐蝕合金的焊接

镍及镍基合金具有特殊的物理、力学及耐腐蚀性能,镍基耐蚀合金在200℃~ 1090℃范围内能耐各种腐蚀介质的侵蚀,同时具有良好的高温和低温力学性能。在一些苛刻腐蚀条件下是一般不鏽鋼无法取代的优良材料。纯镍一般在工业中应用较少,但在镍中添加入铬、铜、铁、钼、铝、钛、铌、钨等元素后,通过固溶强化,不但改善其力学性能,而且可适应于各种腐蚀介质下侵蚀,使其具有优良的耐腐蚀性。

1、鎳基耐蝕合金的焊接特点

①易産生焊接熱裂紋

由于镍基合金为单相奥氏体组织,所以与不鏽鋼相比,具有高的焊接热裂纹敏感性,特别是焊缝易产生多边化晶间裂纹。这种裂纹一般为微裂纹,焊后对焊缝进行着色检查时,短时间都发现不了,但经过一段时间后,才显露出来。这说明裂纹非常微细,但有时也能发展为较宽的宏观裂纹。如果在单相奥氏体焊缝中加人固溶强化的钼、钨、锰、铬、铌等元素,就可有效地抑制镍基合金焊缝多边化结晶的发展,从而显著提高抗热裂纹能力。限制线能量,避免采用大线能量焊接也有利于防止热裂纹的产生。此时注意,如果线能量过小,会加速焊缝的凝固结晶速度,更易形成多边化晶界,在一定应力下有助于多边化裂纹的产生。

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,因爲電流增加會引起裂紋和氣孔,降低接頭的耐蝕性能,所以爲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点

镍基合金一般可采用与奥氏体不鏽鋼相同的 焊接方法進行焊接。這裏就最常用的鎢極 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,鎳基合金對汙染物的危害極爲敏感,母材應盡可能在固溶狀態下焊接。

①钨极氣體保護焊是应用最广泛的,几乎适合于任何一种可熔焊的镍基合金,特别适合于薄件和小截面构件。保护气体最常用的是氩气,它成本低,密度大,保护效果好。氩气中加5%氢气,有还原作用,一般只用于第一层焊道和单道焊,多层焊的其余焊道可能要产生气孔。氦气保护焊应用较少,但有如下特点,氦气导热大,向熔池线能量比较大,能提高焊接速度,减少了气孔的可能性,但氦弧焊,电流小于60A时,电弧不稳定。

钨极氣體保護焊焊一般使用直流正接,采用高频引弧以及电流衰减的收弧技术。在保证焊透的条件下,应采用较小的焊接线能量,多层焊时应控制层间温度,焊接析出强化合金及热裂纹敏感性大的合金时,更要注意控制层间温度。弧长尽量短,薄件焊接时 焊槍可不作摆动,但厚板多层焊时,为使熔敷金属与母材及前道焊缝充分熔合,焊槍仍可适当的摆动。为保证单面焊完全焊透需要用带凹形槽的铜衬垫,通以保护气体进行反面保护。为加强焊接区的保护效果,也可在焊嘴后侧加一辅助输入保护气体的拖罩。

②使用焊条電弧焊时焊接镍基合金时,由于焊条含合金元素多,且要求防止热裂纹,一般镍基合金焊条的药皮类型为碱性药皮,采用直流反接。为了防止合金元素的烧损和控制线能量,焊接时要求尽可能采用小规范,与同规格的不鏽鋼焊条相比,电流可降低20%~ 30%。由于液态金属的流动性差,为防止未熔合和气孔等缺陷,一般要求在焊接过程中适当摆动,但不能过大。在焊缝接口再引弧时,应采用反向引弧技术,以利调整接口处焊缝平滑并且能有利于抑制气孔的发生。采用逆向收弧,把弧坑填满,防止弧坑裂纹,必要时要对弧坑进行打磨。

钛及钛合金的焊接

钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能,在氧化性、中性及有氯离子介质中,其耐腐蚀性优于不鏽鋼,有时甚至为普通奥氏体不鏽鋼1Cr18Ni9Ti的10倍。工业纯钛塑性好,但强度较低,具有良好的低温性能,其线膨胀系数和热导率都不大,这都不会给焊接带来困难。钛合金的比强度大,又具有良好的韧性和焊接性,在航天工业中应用最为广泛。钛及钛合金在我国现行标准中按其退火态的组织分为α钛合金、β钛合金和α+β钛合金三类,分别用TA、TB和TC表示。在石化在办公室里揉护士的胸中的压力容器设备中,牌号为TA2这种工业纯钛使用为居多。

1、钛及钛合金的焊接特點

①雜質元素的沾汙引起脆化

钛是一种活性元素,特别是在焊接高温下非常容易吸收氮、氢、氧,从而使焊缝的硬度、强度增加,塑性、韧性降低,引起脆化。碳也会与钛形成硬而脆的TiC,易引起裂纹。因此,钛及钛合金焊接时必须进行有效的保护,防止空气或其他因素的污染。因此钛及钛合金焊接不能采用气焊或焊条電弧焊方法进行,否则接头满足不了焊接质量要求,一般只能采用氩气保护或在真空下焊接。

②焊接相變引起的接頭塑性下降

常用的工業純钛爲α合金,焊接時由于钛導熱差、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,又易産生針狀α組織,也會使塑性下降。

③産生焊接裂紋

钛合金焊接時産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産生熱裂紋。由氫引起的冷裂紋是钛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

钛及钛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幹淨或氩氣不純都會造成氣孔産生,因此保護氣-氩氣純度要求在99.99%以上,焊絲及工件表面要酸洗、淨水沖洗後烘幹。

2、钛及钛合金的鎢極氩弧焊

钛及钛合金焊接時采用最多的就是鎢極氩弧焊,對于較厚的工件也可采用熔化極氩弧焊,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後狀態的抗拉強度不低于母材退火狀態的標准抗拉強度下限值,焊縫焊後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,能滿足钛容器制造和使用的要求。

焊丝中的氮、氧、碳、氢、铁等杂质元素的标准含量上限值应大大低于母材中杂质元素的标准含量上限值。不允许从所焊母材上裁条充当焊丝,应采用JB/T 4745-2002《钛制焊接容器》中附录D中的焊丝用作钛容器用焊丝。杂质元素含量不高于JB/T 4745-2002中附录D的其他标准的焊丝也可使用。

一般情况下可按表根据所焊母材牌号来选择相应的焊丝牌号,并通过JB/T 4745-2002中附录B的焊接工藝评定验证。

不同牌號的钛材相焊時,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保护气体的选用。焊接用氩气纯度不应低于99.99%,露点不应高于-50℃,且符合GB 4842-1984的规定。当瓶装氩气的压力低于0.5MPa时不宜使用。

③鎢極。鎢極氩弧焊時推薦采用铈鎢電極。電極直徑應根據焊接電流大小選擇,電極端部應爲圓錐形。

钛及钛合金氩弧焊時,最關鍵的是要將焊接高溫區與空氣隔離開,爲了有效地進行保護,焊炬噴嘴、拖罩和背面保護裝置通以適量流量的氩氣是極其重要的。焊縫及近縫區顔色是衡量保護效果的標志,銀白色、淺黃色表示保護效果好,深黃色爲輕微氧化,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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