钛薄壁换热管与管板接头脉冲焊接工艺研究

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1、钛薄壁换热管与管板接头脉冲焊接工艺研究詹典斌，马连宝（南京宝色股份公司，江苏南京211178）［摘要］本文针对钛薄壁管与管板接头焊接的特点、接头结构形式及影响焊接质童的因素进行了分析，通过管板接头焊接工艺试验，制定了合理的钛合金管与管板接头焊接结构和焊接工艺，提出了焊接过程中的控制环节及控制方法.［关键词］钛薄壁管；管板接头；焊接工艺；控制环节图1管子与管板连接结构图钛是一种非常活泼的金属，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的

2、亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀，介质温度在315°C以下钛的氧化膜始终保持这一特性。由于钛具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和工艺性能，被广泛应用于国民经济各部门，如飞机制造、海水淡化、化学工业。特别是在化工生产中，用钛代替不锈钢、葆基合金和其它稀有金属作为耐腐蚀材料，对增加产量、提高产品质量、延长设备使用寿命、减少物料消耗、降低能耗成本、防止环境污染、改善劳动条件和提髙劳动生产率等方面都具有重要意义。钛金属已成为化工装备及海水淡化中主要的防腐蚀材料之一

3、并在海水淡化系统及化工装置中确立了其独到的耐腐蚀地位。在产品制造中的关键技术之一是焊接，特别是薄壁钛管的焊接技术难度更大，为此我们制定了相应的焊接工艺研究并最终运用到产品中。1焊接工艺分析及试验方案1.1钛的焊接性钛具有较好的可焊性，值得注意的是在焊接过程中，焊缝的污染和热影响区问题。焊接接头高温区只要受到少量的有害杂质的污染，就会严重影响焊缝质量。因此钛及合金焊接时必须进行严格的焊前清理，釆取有效措施保护焊接过程。钛的热导率小、熔点高，焊接时易出现热量集中和在高温区停留时间长，导致金属钛过热，使熔合区金属晶粒粗大，

4、降低接头的综合性能的情况，焊接时必须选择一个科学合理的焊接规范和良好的散热装置。1.2换热管与管板接头结构特点换热管与管板连接采用强度焊加贴胀的连接方式。由于管壁薄、管径小、管板厚且管板开坡口焊接（见图1）,管子的外径和管壁厚度、管板厚度及相关坡口尺寸、坡口深度、坡口角度，管头伸出长度等对接头焊接有明显影响：管子外径和管壁厚度越大，越有利于焊接，管子壁厚薄、坡口深度深、坡口角度小，管头伸出长度长将不利于根部焊透，同时特别容易造成换热管焊穿和管子有效通径减小。换热管管壁与管板厚度相差很大时，换热管壁薄，相对焊接热输入必

5、须要小，管板厚度大散热条件好，需要较大的焊接热输入才能保证接头良好熔合。焊丝直径过大或焊接过程中操作不当均会产生相应的焊接质量问题。作者简介：詹典斌（1981—），男，江苏宿迁人，本科，中级工程师。在南京宝色股份公司任焊接工程师。550图2悬挂式管与管板焊接枪头结构1.3换热管与管板接头质量要求钛换热管与管板焊接接头应具有良好的力学性能和耐蚀性要求，焊接质量应保证:(1)焊缝根部焊透、无未熔合现象；(2)接头无氧化、无污染、无气孔、无夹鹄、无裂纹等缺陷；(3)焊接接头的焊角髙度达到GB门'151附录B的要求。根据对钛

6、管板接头的焊接工艺分析可知：钛换热器管头应在保证材料成分和性能符合相关质量标准外，严格进行焊接前清理、焊接过程保护。换热管与管板端面接头需要通过根部焊透、接头无缺陷和一定的焊接接头深度来保证管板接头强度和密封性。针对钛管板接头的结构形式、焊接特点和质量要求，选用有利于焊接热输入控制，具有瞬时大电流有利于提高熔深和保证熔合，同时单位热输入又较低，能有效防止焊穿和控制焊缝成形的焊接工艺方法一自动脉冲鹄极氨弧焊进行焊接，是最合适的施工工艺。2焊接试验2.1焊接设备选用管板全自动脉冲直流铸极氮弧焊技术，采用具有平面三点支撑、

7、芯杆定心，带大瓷嘴的水冷枪头和拖罩保护装置。焊机带有弧压反馈自动跟踪、气流控制、电流控制、焊枪旋转控制、送丝控制、枪头横摆控制和电弧长度控制和分区设置控制程序等功能，焊接枪头结构见图2。2.2试验材料(1)管板规格为220X200X38mm的TA2板材，按GB/T3621-2007：TA2管子按GB/T3624-2007供货,规格为①16X0.8mm；焊丝采用标准为NB/T47018-2011,规格巾0.8mm的ERTA2ELI盘丝，主要化学成分应与母材相当，杂质元素应低于母材。其板材及换热管的化学成分、力学性能见表

8、1。△一△椰用图3钛管板与换热管接头管板加工尺寸表1钛板及换热管化学成分及力学性能材料化学成分(%)室温力学性能TiNCHFe0其他元素Rm(MPa)RpO.2(MPa)A50(%)钛板基0.020.010.0010.070.011单个V0.10总和V0.4047136933.5钛管基0.0090.0130.0020.0240.063————钛