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探討反應(yīng)釜的維護(hù)與修復(fù)

發(fā)布日期:[ 2013年12月8日 ] 共閱[ 2818 ]次

一套微球車間三臺(tái)舊成膠反應(yīng)釜,因腐蝕、磨損, 對釜進(jìn)行了修復(fù),但效果不好,反應(yīng)釜泄露頻繁,對生產(chǎn)帶來了一定影響,就這些問題對反應(yīng)釜的修復(fù)與維護(hù)進(jìn)行一些探討。

反應(yīng)釜現(xiàn)狀

三臺(tái)反應(yīng)釜投用時(shí)間為:一具2000年12月,另外兩具2002年8月,型號(hào):D2200/2400x2000x14+3,帶夾套,材質(zhì)為:鈦合金一碳鋼復(fù)合板,鈦合金為:TA10。2906 年6月由二套微球利舊移位安裝至一套裝置。 安裝之前對兩具破損釜內(nèi)部進(jìn)行修復(fù),采用氬弧焊,由中油二建手工焊接,焊條選用&=4的TA10板剪制而成,焊接過程中發(fā)現(xiàn)焊縫顏色灰白,出現(xiàn)裂紋,判斷氬氣保護(hù)不到位,增加一條氬氣保護(hù)皮帶尾隨于焊槍之后,再次施焊,焊縫沒有太大變化。 重復(fù)焊接,以期憑借堆積達(dá)到焊接有效厚度,防止腐蝕深人。

安裝使用至今,兩具釜修復(fù)均很過4次,底部底套及短節(jié)部位由于材料缺少,修復(fù)無效等原因,均暫以 1Cr18 Ni9Ti鋼板及焊材修復(fù),近期有砂眼等泄露情況出現(xiàn),檢修頻率有上升趨勢。

原因分析

設(shè)備的失效可能由各種各樣的原因引起,在修復(fù)和維護(hù)期間無論是使用方還是施工方都作了一些判 斷,下面逐一分析。

工藝條件更苛刻

目前,兩具釜均很過4次維護(hù),情況并未有所改觀反而有加劇的趨勢。種懷疑就是工藝條件有了較大變化,腐蝕加劇,但是從生產(chǎn)的各種產(chǎn)品的配方以及操作參數(shù)都沒有太多的變化??紤]到同時(shí)安裝的另外一具反應(yīng)釜狀況相對很穩(wěn)定,這種可能性可以排除。

鈦合金材質(zhì)變化

修復(fù)期間,出現(xiàn)焊縫裂紋,由于使用焊接方法為氬弧焊,且第二次對氬氣保護(hù)進(jìn)行了加強(qiáng),焊條也為相同材質(zhì)&=4的TA10板剪制而成,總體思路沒有太大的錯(cuò)誤,施工方提出可能是由于母材鈦合金材質(zhì)發(fā)生了變化。

鈦合金具有優(yōu)良的性能。鈦是銀白色稀有金屬,比重輕,強(qiáng)度高,耐腐蝕,對人體無害,有漂亮的金屬質(zhì) 感。工業(yè)純鈦溶點(diǎn)為1668℃,有兩種同素異構(gòu)體。在882.5℃以下呈密集六方晶格為鈦;在882.5℃以上呈體心立方晶格為B鈦。鈦及其合金具有重量輕、強(qiáng)度大、耐熱性強(qiáng)、耐腐蝕等許多優(yōu)良特性,被譽(yù)為“未來的金屬”,是具有發(fā)展前途的新型結(jié)構(gòu)材料。常溫下,鈦及 鈦合金是比較穩(wěn)定的。

目前反應(yīng)釜使用條件,無論從腐蝕條件還是溫度上來說,都沒有致命性危害,從鈦合金釜未失效之前的使用情況,以及新投用的反應(yīng)釜的情況來看,這個(gè)可能性應(yīng)該甚微。

焊接過程控制

焊接并沒有使兩臺(tái)反應(yīng)釜的狀況得到徹底改善,達(dá)到我們的使用要求,那么焊接過程控制有什么不到位之處?以下逐項(xiàng)分析。

焊材不當(dāng)

焊材選用相同材質(zhì)&=4的TA10板剪制而成,按照 現(xiàn)有的鈦材焊接標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13149—1991,原則上應(yīng)選擇 與基本金屬成分相同的鈦絲,有時(shí)為了握高焊縫金屬塑性,也可選用強(qiáng)度比基本金屬稍低的焊絲。我們的焊材選用還是符合標(biāo)準(zhǔn)的,沒有太大的不當(dāng)。

焊接形式不對

從以往反應(yīng)釜廠家的焊接過程作一了解,廠家采用也是氬弧焊。手工氬弧焊不失為一種簡便、靈活的可用方式。

氬氣保護(hù)不夠

從前面修復(fù)過程所述,我們先采用一道氬氣保護(hù), 效果很差,但是又加了一道氬氣保護(hù),效果沒有太大改變,仍不理想,似乎有難以確定的因素。

焊接電流不合適

由于鈦板較薄,我們采用的是標(biāo)準(zhǔn)的直流鎢很氬弧焊,在修復(fù)過程中,也認(rèn)真作了現(xiàn)場觀察,電流從大到小都進(jìn)行了試驗(yàn),從焊接機(jī)理考慮:焊接電流過大 時(shí),易燒穿焊件,熱影響區(qū)較大,焊縫形狀不夠理想;焊接電流過小,易產(chǎn)生未焊透、偏析、氣孔現(xiàn)象,電流較適中時(shí),直流氬弧焊的優(yōu)點(diǎn)較明顯,熱影響區(qū)較小,但是實(shí)際焊接出來的焊縫,顏色灰白,焊縫裂紋一直沒有得 到太大的改善。

溫度控制不當(dāng)

過程一般采用的溫度控制一般是為了控制焊縫冷卻速度和焊接應(yīng)力,象鑄鐵焊接必須焊后保溫,那么我們在鈦材焊接中出現(xiàn)的裂紋是否由于冷卻速度太快,造成應(yīng)力集中,以致出現(xiàn)裂紋,而且在加第二道氬氣冷卻時(shí),會(huì)不會(huì)造成冷卻速度更快,一直是我們焊接所擔(dān)心的問題,在施焊過程中,我們嘗試焊槍后氣焊跟隨來觀察效果,沒有任何改觀,裂紋沒有減少,是一次失敗的嘗試。那么,溫度是否是一個(gè)關(guān)鍵因素,也是我們一個(gè)重要的探討問題。

反應(yīng)釜受力不當(dāng)

從使用情況來看,三具反應(yīng)釜完好的一臺(tái)比較穩(wěn) 定,而出現(xiàn)問題的兩具反復(fù)在修,問題會(huì)不會(huì)出在反應(yīng) 釜的受力不當(dāng)一由于磨損造成的呢?三具反應(yīng)釜的底套均采用釜體下端短節(jié)內(nèi)襯四氟套的方式,主要目的是大軸定位,同時(shí)大軸不接觸反應(yīng)釜母材。實(shí)際情況, 損壞的兩具反應(yīng)釜的對中并不好,罐頂軸承和罐底的 底套孔同軸度存在較大偏差,底套的磨損一般均為偏 磨,往往磨及母材,雖經(jīng)維護(hù)單位通過加偏墊子,四氟套適度偏心,但磨損情況并沒有徹底改善。不能否認(rèn), 磨損起了一個(gè)關(guān)鍵的作用,較起碼起到了一個(gè)加劇損壞的作用。

應(yīng)對措施

從以上分析不難看出,反應(yīng)釜的損壞除了幾個(gè)幾 乎不可能的因素外,其他原因都有很大的嫌疑。關(guān)鍵的問題在反應(yīng)釜受力不當(dāng)和焊接控制上。針對于此,特提出以下措施來做好反應(yīng)釜的修復(fù)和維護(hù)。

調(diào)整反應(yīng)釜的對中

由于前期的原因,反應(yīng)釜的對中已經(jīng)成為一個(gè)先 天缺陷,雖經(jīng)加偏墊子、四氟套偏心等校正,但是關(guān)鍵的問題在于大軸的受力重力的垂直方向始終存在,僅憑這些后天的努力是難于根治的。所以下定決心重新對中。

做好焊接控制

要做好焊接控制,首先要詳細(xì)了解鈦合金的材質(zhì)、 性能和焊接特點(diǎn)。 我裝置的反應(yīng)釜采用鈦合金一碳鋼復(fù)合板,鈦材為 TA10即:Ti一0.3Mo一0.8Ni,屬于a鈦合金,a鈦合金組 織穩(wěn)定,焊接性能優(yōu)良,但加工性能差,不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,它對氧的親合力特別 大,能在其表面上生成一層致密的氧化膜,可保護(hù)鈦不 受介質(zhì)腐蝕。金屬鈦在大多數(shù)水溶液中,都能在表面生 成鈍化氧化膜。因此,鈦在酸I生、堿性、中性鹽水溶液中 和氧化性介質(zhì)中具有很好的穩(wěn)定性,比現(xiàn)有的不銹鋼 和其它有色金屬的耐腐蝕性都好,甚至可與鉑比美。但是,如果在某種介質(zhì)中,能連續(xù)溶解鈦表面氧化膜時(shí), 則鈦在這種介質(zhì)中便會(huì)受到腐蝕。例如,鈦在氫氟酸、 濃的或熱的鹽酸、硫酸和磷酸中,由于這些溶液溶解鈦 表面氧化膜,所以鈦被腐蝕。隨著溫度的升高,鈦及鈦合 金吸收氧、氮及氫的量明顯增加,鈦從250℃開始吸收 氫,從400℃開始吸收氧,從600℃開始吸收氮。這些氣體 被吸收后,將會(huì)直接引起焊接接頭脆化,這是導(dǎo)致鈦及 鈦合金焊接缺陷的重要因素。各種氣體及雜質(zhì)污染對鈦 及鈦合金焊接性能的影響具體可見表1。

表1 各種氣體及雜質(zhì)污染對鈦及鈦合金焊接性能的影響
影響元素 具體的影響表現(xiàn)
氫是氣體雜質(zhì)中對鈦的機(jī)械性能影響較嚴(yán)重的因
素。焊縫含氫量變化對焊縫沖擊性能影響較為顯
著.其主要原因是隨縫含氫彈量增加,焊縫中析出
的片狀或針狀TiH2增多。Til2強(qiáng)度很低。
氧在鈦的a相和b想中都有有較高的熔解度,并能
氧 形成間隙固深相,使鈦的晶傷口嚴(yán)重扭曲,從而提
高鈦及鈦合金的硬度和強(qiáng)度,使塑性卻顯著降低。
在700℃以上的高溫下,氮和鈦發(fā)生劇作用,形成脆
硬的氮化鈦(TiN)而且氮與鈦形成間隙固溶體時(shí)所
引起的晶格歪挪程度.比是量的氧引起的后果更為
嚴(yán)重。
碳也是鈦及鈦合金中常見的雜質(zhì),實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)碳
含量為0.13%時(shí),碳因深在a鈦中,焊縫強(qiáng)度很限
有些提高,塑性有些下降,但不及氧氮的作用強(qiáng)烈。
但是當(dāng)進(jìn)一步提高焊縫含碳量時(shí),焊縫卻出現(xiàn)網(wǎng)狀
TiC.其數(shù)量隨碳含量增高而增多,使焊縫塑性急劇
下降,在焊接應(yīng)力作用下易出現(xiàn)裂紋。

由于鈦及鈦合金的上述特點(diǎn),以致在其焊接實(shí)際中容易產(chǎn)生氣孔和裂紋這兩種缺陷。

鈦及鈦合金對熱裂紋不敏感,這主要是因?yàn)殁伡?鈦合金含硫、磷雜質(zhì)少,晶界很少生成低熔點(diǎn)共晶。另一個(gè)原因是鈦及鈦合金凝固時(shí)收縮量小。 鈦合金焊接接頭的裂紋主要是出現(xiàn)在熱影響區(qū)的延遲裂紋,這與氫有關(guān)。焊接過程中氫由高溫深池向較低溫的熱影響區(qū)擴(kuò)散,氫含量的提高使該區(qū)析出Til2量增加,增大熱影響區(qū)脆性,另外由于氫化物析出時(shí)體積膨脹引起較大的組織應(yīng)力,再加上氫原子向該區(qū)的高應(yīng)力部位擴(kuò)散及聚集,以致形成裂紋。

另外,當(dāng)焊縫含氧、氮量較高時(shí),焊縫或熱影響區(qū) 塑性降低,性能變脆,在較大的焊接應(yīng)力作用下也會(huì)出 現(xiàn)裂紋,這種裂紋在較低溫度下形成,屬于延遲裂紋。 鑒于以上特點(diǎn),預(yù)防鈦及其合金焊接時(shí)裂紋可采 用以下措施。

做好焊前準(zhǔn)備

焊件和焊絲表面質(zhì)量對焊接接頭的力學(xué)性能有很 大影響因此必須嚴(yán)格清理。鈦板及焊絲表面常受到外 部雜質(zhì)的污染。雜質(zhì)對鈦及鈦合金氣孔的生成都有一 定的影響,對接端面處的表面雜質(zhì)污染對氣孔形成的影響更為顯著。鐵板及鈦焊絲可采用機(jī)械清理及化學(xué) 清理兩種方法。

(1)機(jī)械清理

對焊接質(zhì)量要求不高或酸洗有困難的焊件,可用細(xì)砂紙或不銹鋼絲刷擦拭,但較好是用硬質(zhì)合金黃色 刮削鈦板,去除氧化膜。

(2)化學(xué)清理

焊前可先對試件及焊絲進(jìn)行酸洗,酸洗液可用 HF5%+HNO35%的水熔液。酸洗后用凈水沖洗,烘干后 立即施焊?;蛘哂帽?、乙醇、四氯化碳、甲醇等擦拭鈦 板坡口及其兩側(cè)(各50mm內(nèi))、焊絲表面、工夾具與鈦 板接觸的部分。

做好保護(hù)措施

針對鈦需要保護(hù)溫度高于300%的區(qū)域這一特點(diǎn), 焊接應(yīng)使用專門的保護(hù)裝置(見圖1)。

圖1 保護(hù)拖罩示意圖

除了焊槍本身具有的保護(hù)嘴之外,尚需在焊槍上拖掛保護(hù)拖罩,既起保護(hù)作用,又能將焊件來不及較快散走的熱量帶走很大一部分。保護(hù)拖罩可以根據(jù)焊縫的形狀、尺寸等要求具體設(shè)計(jì)。

如果復(fù)合板背面并無破損可以在背面相應(yīng)位置加噴淋水增加冷卻效果。如有破損,鈦材外露,考慮到焊縫高溫背面的空氣仍可能影響焊縫質(zhì)量,在焊縫高于300℃也應(yīng)實(shí)施氬氣保護(hù)。

焊縫急冷容易造成應(yīng)力微裂紋,似乎采取多重 冷卻有此嫌疑,實(shí)際上,冷卻的目的是配合保護(hù)氣體, 只要焊縫脫離保護(hù)氣體時(shí)能夠降低到我們要求的溫度以下,就達(dá)到了我們的目的。

正確使用保護(hù)氣體

氬氣純度應(yīng)不低于99.99%。重要構(gòu)件背面應(yīng)沖氬氣保護(hù),當(dāng)氬氣瓶中的壓力降至0.981MPa時(shí),應(yīng)停止 使用,以防止影響焊接接頭質(zhì)量。氣體流量的選擇以達(dá)到良好的保護(hù)效果為準(zhǔn),過大的流量不易形成穩(wěn)定的層流,并增大焊縫的冷卻速度,以至引起微裂紋。拖罩中的氬氣流量不足時(shí),焊縫呈現(xiàn)出不同的氧化色澤;而流量過大時(shí),將對主噴嘴的氣流產(chǎn)生干擾作用。焊縫背 面的氬氣流量也不能太大,否則會(huì)影響到正面層焊縫的氣體保護(hù)效果。要控制好氣體的流量及流速,防 止產(chǎn)生紊流現(xiàn)象,影響保護(hù)效果。

正確選擇焊接工藝參數(shù)

應(yīng)該嚴(yán)格控制焊接熱規(guī)范,減少焊縫及近縫區(qū)在 高溫停留時(shí)間,盡量少對焊縫進(jìn)行重復(fù)加熱。雖然焊接 過程中產(chǎn)生缺陷的可能性難以避免,但應(yīng)盡量減 少焊縫局部返修次數(shù)。采用小電流、高焊速的焊接規(guī)范,焊接層數(shù)越少越好。把握好焊接坡口。原則上應(yīng)盡量減少焊接層數(shù)和焊接金屬。隨著焊接層數(shù)的增多,焊縫累計(jì)吸氣置增加,以至影響焊接接頭性能,又由于鈦合金焊接時(shí)焊接熔池尺寸較大,因此坡口開單V型70° ~ 80°坡口,且不作擺動(dòng)。焊絲末端不得移出氣體保護(hù)范圍,噴嘴直徑可適當(dāng)加大以擴(kuò)大保護(hù)區(qū)域。

注意觀察焊縫金屬表面

焊縫區(qū)金屬顏色與氬氣保護(hù)效果見表2。

 

表2 焊縫區(qū)金屬顏色與氬氣保護(hù)效果表
顏色 銀白 金黃 青(藍(lán)) 灰白
效果
質(zhì)量 良好 合格 合格 不合格 不合格


 

改進(jìn)底套,加強(qiáng)維護(hù)

這三具鈦合金反應(yīng)釜的底套都為內(nèi)襯四氟的底套,四氟底套的優(yōu)點(diǎn)在于它的材質(zhì)比較軟,有自潤滑的 作用,不易燒壞,保證大軸不被磨損。這樣就可以減少大軸損壞帶來的材料、時(shí)間、經(jīng)濟(jì)上的損失,只需從釜底更換四氟套就可以,既簡單又省事。但存在問題,四氟的耐磨性和剛性的不足。如果長期失修,或者其它原因發(fā)生損壞,會(huì)造成釜體及短節(jié)頻繁損壞。而釜體的維修麻煩、昂貴,那么,這是得不償失的。我們的保護(hù)是存在問題的。要保護(hù)好釜體,解決這個(gè)問題,要考慮以下兩個(gè)方面。

改進(jìn)底套

在解決好對中情況的前提下,可以改進(jìn)底套的材質(zhì),使外套的耐磨性和剛性更好一些,有效保護(hù)釜體,同時(shí),可以仿效其他反應(yīng)器的合金底套,同時(shí)使用內(nèi)套和 外套,盡量避免軸或釜體的暴露機(jī)會(huì),同時(shí)保護(hù)軸和釜體,而盡量使磨損出在我們事先設(shè)計(jì)好的底套上。

加強(qiáng)維護(hù)

在改進(jìn)底套后,我們必須掌握底套的使用周期,在改進(jìn)之初要勤于檢查,應(yīng)實(shí)驗(yàn)性地不斷觀察并遞增底 套使用時(shí)間,在摸索出規(guī)律后,就可以定期進(jìn)行計(jì)劃維 護(hù),保證底套既可以保護(hù)大軸又可以很好地保護(hù)釜體不受損傷。

結(jié)束語

只要從根本上消除上述兩具反應(yīng)釜的對中問題, 合理有效地控制好焊接,一定能完全修復(fù)兩臺(tái)反應(yīng)釜, 如果再適時(shí)改進(jìn)底套,加強(qiáng)維護(hù),就可以充分發(fā)揮鈦合金的很強(qiáng)耐腐蝕性,做好維護(hù),較大地保障生產(chǎn)之需。鈦合金的修復(fù),隨著科學(xué)的發(fā)展,技術(shù)在不斷的進(jìn) 步,當(dāng)今的等離子弧焊接、激光焊等先進(jìn)工藝都在不斷完善、成熟,日臻完美,它們必將帶給我們更多的喜悅, 值得我們不斷研究、探討。

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