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1、鈦制管板換熱器的自動(dòng)焊接技術(shù)陳國(guó)余陳春陽(yáng)莊杰昆山華恒焊接設(shè)備技術(shù)有限公司215301摘要：本文結(jié)合鈦制換熱器的管板焊接特點(diǎn)，著重介紹該類換熱器自動(dòng)焊時(shí)需要解決的幾個(gè)問(wèn)題，即氣體保護(hù)裝置、送絲系統(tǒng)和水冷定位器，從而保證管板焊接質(zhì)量。關(guān)鍵詞：鈦及其合金管板自動(dòng)焊保護(hù)送絲水冷定位前言鈦及其合金由于其比強(qiáng)度高，早期大量地使用在航空、航天等尖端領(lǐng)域。然而隨著石油、化工行業(yè)近些年的飛速發(fā)展，由于鈦及其合金優(yōu)越的耐蝕性能，在氧化性、中性及氯離子介質(zhì)中，其耐蝕性能均優(yōu)于不銹鋼，甚至超過(guò)1Cr18Ni9Ti不銹鋼的十倍，年腐蝕裕度非常小，因而鈦及
2、其合金現(xiàn)在越來(lái)越受到該行業(yè)的青睞，被廣泛制造成復(fù)合板、反應(yīng)釜、分離塔或各類換熱器等。該行業(yè)由于使用了鈦制設(shè)備，大大降低了維修及更換設(shè)備次數(shù)，從而節(jié)約了時(shí)間和生產(chǎn)成本。本文結(jié)合鈦制換熱器的管板焊接特點(diǎn)，著重介紹該類換熱器自動(dòng)TIG焊時(shí)需要解決的幾個(gè)問(wèn)題，從而保證焊接質(zhì)量。1、鈦制管板換熱器結(jié)構(gòu)和連接方式目前鈦制管板換熱器結(jié)構(gòu)基本采用以下方式：管平頭：管口伸出管板端面0～1mm連接方式根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求有以下兩種方式：u脹接加密封自熔焊u加絲強(qiáng)度焊2、鈦及其合金管板焊接特點(diǎn)鈦制管板換熱器常采用材料為工業(yè)純鈦TA1、TA2和鈦合金TC4
3、，其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見(jiàn)表1和表2表1鈦及其合金化學(xué)成分（%）合金牌號(hào)化學(xué)成分組主要成分雜質(zhì)TiAlVFeSiCNHOTA1工業(yè)純鈦其余0.150.100.050.030.0150.15TA2工業(yè)純鈦其余0.300.150.100.050.0150.20TC4Ti-6Al-4V其余5.5-6.83.5-4.50.300.150.100.050.0150.20表2鈦及其合金力學(xué)性能合金牌號(hào)名義成分熱處理狀態(tài)抗拉強(qiáng)度MPa延伸率%冷彎角度TA1工業(yè)純鈦退火340-49030130TA2工業(yè)純鈦退火440-5902590TC4Ti
4、-6Al-4V退火9001030文章來(lái)源：www.huanreqi828.com鈦由于液態(tài)金屬流動(dòng)性好，表面張力大，因而焊接時(shí)焊縫成型非常均勻、美觀，但由于鈦是一種活潑金屬，高溫下鈦與氧、氫、氮反應(yīng)速度較快，鈦在300℃以上快速吸氫，600℃以上快速吸氧，700℃以上快速吸氮，因而焊接鈦及其合金時(shí)，重點(diǎn)要保護(hù)300℃以上的區(qū)域，在鎢極氬弧焊時(shí)，僅僅依靠噴嘴保護(hù)是不夠的，要輔以拖罩局部或整體保護(hù)方式，否則會(huì)造成焊縫吸氧、吸氫、吸氮，從而導(dǎo)致焊縫塑性下降，脆化程度加重。鈦制管板換熱器的焊接保護(hù)是否正確或合適，可通過(guò)焊縫及熱影響區(qū)的顏
5、色來(lái)檢驗(yàn)，見(jiàn)表3表3鈦制管板焊縫及熱影響區(qū)的表面顏色焊縫熱影響區(qū)銀白、淡黃深黃金紫深蘭銀白、淡黃深黃金紫深蘭允許不允許不允許不允許允許不允許不允許不允許此外，鈦及其合金只要焊前進(jìn)行嚴(yán)格的清理工作，選擇合適的焊接填充材料（焊絲）和99.99%Ar作保護(hù)氣，氣孔和裂紋等缺陷是可以避免的。綜上所述，鈦制管板焊接重點(diǎn)要解決保護(hù)問(wèn)題。另外，鈦制管板換熱器的焊接相對(duì)碳鋼、不銹鋼的管板焊還需解決送絲穩(wěn)定性和水冷定位問(wèn)題。1、焊接設(shè)備鈦制管板自動(dòng)TIG焊設(shè)備包括管焊電源和管焊槍頭兩部分。管焊電源采用EWA406程控TIG焊電源。它編程界面非常簡(jiǎn)
6、單易學(xué)、實(shí)用；響應(yīng)精度高；可對(duì)焊接過(guò)程中氣體、電流、焊速、送絲速度等進(jìn)行編程控制；焊接過(guò)程中電流、速度等還可根據(jù)情況分區(qū)間使用。管焊槍頭和其它形式的管焊槍頭結(jié)構(gòu)類似，只是在氣體保護(hù)、送絲和水冷定位上稍作改動(dòng)，從而滿足鈦制換熱器的焊接要求。3．1氣體保護(hù)裝置除了焊炬的噴嘴保護(hù)外，我們采用整體保護(hù)方式，即整個(gè)焊接過(guò)程在一密閉透明氣罩中進(jìn)行。密閉氣罩保護(hù)裝置示意圖見(jiàn)圖1，調(diào)整環(huán)內(nèi)徑尺寸根據(jù)換熱管外徑尺寸和管橋尺寸而定，例如：管外徑φ25mm，管橋7mm，那么調(diào)整環(huán)內(nèi)徑應(yīng)做成φ30mm比較合適。該尺寸不宜過(guò)大或過(guò)小，過(guò)大，氣體易從別的管
7、口跑掉，造成罩內(nèi)空氣排不干凈，從而焊接時(shí)污染焊縫；過(guò)小，雖然保護(hù)好了，但是電弧會(huì)熔化其邊緣，此外會(huì)影響焊槍角度調(diào)整，不易操作。圖1密閉氣罩保護(hù)裝置3．2送絲系統(tǒng)文章來(lái)源：www.huanreqi828.com送絲系統(tǒng)除動(dòng)力外，主要由送絲輪、送絲管、送絲嘴組成。鈦管板焊接用的焊絲根據(jù)管和板的材料來(lái)選擇，一般選擇同質(zhì)焊絲。對(duì)于TC4材料，由于其強(qiáng)度較高，φ0.8的焊絲和碳鋼一樣有剛度，焊絲不宜變形且容易送；而工業(yè)純鈦TA2，為了使焊縫得到更好的耐蝕及力學(xué)性能，焊絲中含氧量和含碳量會(huì)進(jìn)一步降低，從而造成焊絲很軟，給送絲穩(wěn)定帶來(lái)了非常大
8、的困難。一方面焊絲經(jīng)送絲輪擠壓會(huì)變形，另一方面前面一有阻力，焊絲在送給過(guò)程中容易折斷。我們根據(jù)鈦合金焊接送絲特點(diǎn)，一方面增大焊絲直徑，改為φ1.0，增加絲的剛性；另一方面改變送絲輪結(jié)構(gòu)和送絲管、送絲嘴尺寸，防止擠壓變形和降低送絲阻力。送絲輪由單凹形改成雙凹形，見(jiàn)
