电镀槽焊接工艺设计

2018-08-18 13:31:00
陆启蒙
原创
2251

具有塑性韧性好、耐腐蚀、焊接性好和易于成形等特性,在化学工业领域得到广泛应用。

1 电镀槽焊接的质量要求

电镀槽主要用于盛放电解液,其质量应符合以下要求:

(1)符合GBl50—1998《钢制压力容器》制造验收条件;

(2)对接焊缝无损检测及合格标准:按JB4730—94,100%焊缝长度x射线探伤,II级合格;

(3)水压试验压力:容器卧置,以lO.5 MPa的压力进行水压试验,无渗漏;

(4)接头形式及焊缝质量要求:接头形式主要有对接接头、角接接头和T形接头。焊缝与母材应圆滑过渡、焊缝及热影响区表面不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣等缺陷;

(5)焊后处理:焊后一般需要进行消应力退火热处理,并清除脆化氧化层。

2钛的焊接特性与影响焊缝质量的因素

钛是一种化学活性金属,常温下能与氧生成致密的氧化膜而保持高的稳定性和耐腐蚀性。在400℃以上高温下,钛与氮、氧、氢反应速度快,在空气中的氧化过程很容易进行。

(1)氧与氮的影响。氧与氮以间隙形式固溶于β-Ti、β-Ti中,使钛晶格畸变,变形抗力增加,强度和硬度增加,塑性和韧性降低,使工件的冷弯性能降低,若不能有效保护焊缝及其高温区域,导致焊缝脆化,在焊接时会产生气孔和裂纹。保护气体氩气中的氧与氮的杂质含量增加,虽然能使焊缝硬度增加,但对焊缝质量的保证是不利的,应设法避免。

(2)氢的影响。钛中氢的含量增加,使得焊缝金属的脆化转变温度升高,焊缝金属冲击韧性急剧降低,影响了焊缝和焊接接头的力学性能,易产生冷裂纹。

(3)碳的影响。碳以间隙形式固溶于a-Ti中,使强度提高,塑性下降。碳含量超出溶解度时,生成网状分布的TiC,易引起裂纹。焊接时,工件及焊丝上的油污能使焊缝增碳。

(4)冷却速度的影响。钛金属的熔化温度较高(1725℃),导热系数小,在焊接热循环作用下,使得高温口相晶粒长大,致使焊缝塑性下降;当冷却速度较快时,又易形成不稳定的钛马氏体a′相,使焊缝变脆。因此,要严格控制冷却速度,使焊缝的强度和塑性达到使用要求。

(5)热变形的影响。由于钛的弹性模量小,约为碳钢的一半,导热系数比碳钢小,线胀系数随温度升高而增加,在焊接中焊缝收缩与膨胀变形比钢大。所以在钛板焊接中要密切关注热变形的防止与控制。

3. 焊接工艺评定试验

由于4 mm钛板焊接属于新试验,考虑到产品的焊缝形式,按照JB/T4708—2000《钢制压力容器焊接工艺评定》要求,进行对接焊缝接头和T形角焊缝接头的工艺评定。

3。1 焊接材料选择

试件材料选用与电镀槽材质相同的TAl纯钛,规格为300 mm×125 mln×4.O mm,共4块,其中2块用于对接接头,2块用于T形角接头。对于4 mln的钛板焊接,若开坡口,增加焊缝面积,变形增大。制作试件时,采用了不留间隙双面焊的方法。HG焊的焊丝选用与母材同牌号的TAl4直径为1.5 mm的钛丝;保护气体选用氩气,成分要求为:Ar≥99。9%、N≤O.01%、O≤O.005%、H2O≤O.07%;焊接时,对于对接接头,不加填充焊丝,对于T形接头,则双面都加填充焊丝。

3.2试件的焊接工艺参数设计

焊接设备选用WS5—400TIG焊机,其焊接工艺参数见表l。

3.3检验项目及实测结果

焊接工艺评定主要检验项目为,对对接接头焊缝进行外观检查、X射线探伤检验、力学性能试验(拉力试验、弯曲试验),各项检验项目的实测结果见表2;对T形接头焊缝进行外观检查、金相宏观检查等,各项检验项目的实测结果见表3。

按照焊接工艺评定要求,进行上述试件焊接、试样检验、性能测定,试验结果符合JB/T4708—2000《钢制压力容器焊接工艺评定》要求,工艺评定合格。

4焊接工艺

4.1 焊前处理

为保证焊缝质量,必须进行焊前处理,其目的是去除氧化膜和油污等。

(1)焊丝的处理:用砂布去除焊丝表面的氧化膜,并用丙酮清洗后立即焊接。

(2)坡口的处理:用锉刀、砂布去除坡口处的氧化膜,用钢丝刷刷去接缝区20 mm范围内的氧化膜,用丙酮进行首次清洗,钛板对接后,为防止组装时的油污或其它油渍留在接头缝隙中,以防增碳导致裂纹,需用丙酮进行再次清洗。

4.2气体保护

钛板焊接的关键是400℃以上区域的保护,因为钛在400℃以上即会与空气中氧、氮等反应,影响焊接质量。影响气体保护的因素有气体纯度、流量、喷嘴结构与尺寸、喷嘴到工件表面的距离以及附加保护装置等,着重解决两个主要问题。

(1)气体流量和喷嘴尺寸选择:流量太小或喷嘴太大时,保护气体不足,保护效果较差;但流量太大或喷嘴太小也不行,它会使喷嘴前的气体层流破坏,影响焊缝质量。因此,选择喷嘴尺寸和流量与焊接的板材厚度有关,选择的原则是,在气体保护区域面足够覆盖住高温区域的情况下选用小尺寸喷嘴。通过对4 mm钛板的焊接试验,选用Φ16 mm的喷嘴,气体流量为8~10 L/min,正面拖罩的气体流量为10~12 T/min,反面拖罩的气体流量为16-18 L/min。

(2)保护拖罩的改进:钛板焊接时,不仅要对熔化过程进行气体保护,而且还要对尚处于高温状态的焊缝区进行气体保护。由于钛在400℃以上高温下,即会与空气中的氧、氮等快速反应发生氧化过程,影响焊接质量,故不但要对焊缝正面进行保护,而且也要对焊缝背面进行保护。

在工作中,为节约氩气,确保保护效果,保证焊缝质量,在拖罩使用中采取了两项改进措施:一是实行拖罩与 焊枪分离,改变拖罩与焊枪一起拖动的一般做法,避免了因操作抖动而影响低保护的可靠性。二是背面拖罩采用磁力吸紧、增加气密性。

4.3焊接操作工艺

(1)采用直线运丝法焊接,不作摆动,以保证焊缝宽窄高低一致。对于角焊缝,焊丝与水平板的夹角为40°-50°,指向接头的夹角处,可避免产生咬边、焊瘤和焊缝下垂等缺陷。

(2)为了减小焊接变形和钨极烧损,尽可能采用小的热输入,严格控制焊接工艺参数。除上述工艺评定试验选定的参数外,钨极直径为2.5 mm,头部磨成锥形,钨极伸出长度为3~4 mm,喷嘴直径为16 mm。

(3)长焊缝焊接时,为了减小变形,可采用分段退焊或分段跳焊法焊接,以减小热量集中输入,减小焊接变形。

(4)确保气体保护效果,焊前提前送气,焊后延时关气是必不可少的。施焊前,打开送气阀门,在焊接区正、背面拖罩内充满保护气体;焊接完成后,焊炬喷嘴中的氩气在灭弧后10~15 s后关闭,正、背面拖罩内氩气在灭弧后40~45 s后才能关闭。

(5)在大面积平板焊接时,可用自动 氩弧焊机,以提高工效。

5 结论

通过对4 mm钛板的焊接工艺评定试验和纯钛电镀槽的焊接,得出以下结论:

(1)4 mm厚钛板的对接接头可不开坡口进行无间隙双面不填加焊丝焊接。

(2)通过改进拖罩结构,利用磁力吸紧,使背面拖罩贴紧钛板,增加气密性,焊接大件时省气、省力、提高焊缝质量。

(3)防止焊缝脆化,控制氧、氮、氢的杂质影响,气体保护是关键,焊前处理不可少。

(4) 焊接方法和合理选择焊接工艺参数是控制焊接变形的主要工艺措施。应尽可能选用热输入小的工艺方案。


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