換熱器的焊接均采用鎢極氣體保護焊。焊絲選擇STA2Rφ2~3mm,焊絲符合JB/T4745-2002《
鈦制焊接容器》附錄D要求。電源極性為直流正接。保護氣體采用氬氣,純度不低于99. 9%。此設備的焊接包括TA2板間對接;TA2換熱管與管板角接兩部分。
換熱管與管板角接換熱管與管板的焊接難點在于:①換熱管及管板四周無法有效的氣體保護。②換熱管管壁薄不易散熱產(chǎn)生熱量集中。我們在換熱管中塞入銅柱,有效地解決了氣體保護和散熱的難題。銅柱中心鉆φ3孔,端部加工斜面如圖。焊接時,焊接換熱管及四周換熱管中均塞入銅柱,焊接換熱管內(nèi)的銅柱距換熱管管端10mm左右距離,起保護氣體回流作用,四周換熱管內(nèi)的銅柱與換熱管端平齊,起散熱作用。采用銅材質是因為其具有良好的導熱性能。
管板管孔加工2×45°坡口,換熱管外伸2mm,焊角高≥1.5mm。焊接前須將管孔內(nèi)部及四周、換熱管頂端50mm范圍內(nèi)用丙酮清洗干凈。鎢極距管板1~1. 5mm,鎢極與管孔夾角15~20°,焊接速度1. 5~2r/min。換熱管與管板焊接規(guī)范參數(shù)見表1。焊接時盡量選取較小線能量,即在保證焊縫成型良好的前提下,選用小的焊接電源和大的焊接速度,多層多道焊時應在前道焊縫冷卻后再焊下一道,以避免金屬過熱和晶粒粗大現(xiàn)象。
鈦設備的特點不同于碳素鋼、不銹鋼及其它金屬設備， 其制造工藝也有別于以上金屬設備。某廠使用的換熱器結構為方形管板(引進技術，替代產(chǎn)品)，換熱管的數(shù)量為468根，換熱管和管板均為工業(yè)純鈦(TA2)，換熱管的壁厚僅為0．8 mm。換熱管與管板的焊接有較大的難度。在化工設備中，換熱器的換熱管壁厚一般在2 mm左右，管端相對于管板可以是伸出或縮進， 也可以與管板平齊， 而壁厚較小的換熱管只能采用與管板平齊或管端伸出lmm-2 mm的接頭型式。
在某工程項目上，設備的主體材質為鈦材，牌號為TA2，考慮到產(chǎn)品的厚度和評定覆蓋范圍，在產(chǎn)品焊接前, 我們選用30mm厚的鈦材，采用手工鎢極氬弧焊進行焊接工藝評定試驗。
1.坡口選擇。由于板材厚度為30mm，考慮到盡量減少焊材的填充量，我們采用如附圖所示的雙面U型坡口。
2.焊接工藝要點
3.焊接環(huán)境：
鈦材的焊接應在清潔的環(huán)境中進行，嚴禁在含有鐵、磨料粉末、灰塵的空氣中施焊。焊接時應避開通風口和敞開的門窗，防止外界氣流對保護氣的影響。
4.坡口加工和清理：坡口宜采用機械加工，并去除毛刺，坡口附近20mm 范圍應使用不銹鋼絲刷清理干凈，機械清理后應立即用丙酮清洗上述表面并擦拭干凈。
5.氬氣保護：對熔池及處于400℃ 以上的區(qū)域（包括焊縫背面）進行良好的氬氣保護。需要采用大噴嘴焊槍, 一般噴嘴直徑為Φ16mm左右，噴嘴內(nèi)應設置氣體透鏡以確保保護效果。另外需根據(jù)實際焊接結構，設計制作氣體保護裝置，除了噴嘴氬氣保護外，還應設置拖罩保護以保護凝固的高溫焊縫，制作反面保護罩以保護焊縫背面，在焊接時，背面保護裝置應隨著正面焊接同時移動。
焊后檢查：
焊后首先需對焊縫外觀宏觀檢驗,如焊縫成形良好,表面呈銀白色則表明焊縫具有良好性能。如果焊縫呈黃色、藍色表明焊縫被氧化塑性稍有下降,但可以使用。如果焊縫呈青紫色、甚至暗灰色則表明焊縫氧化嚴重,塑性下降易有夾渣、裂紋、氣孔等缺陷。焊縫出現(xiàn)此種顏色需重新進行焊接。宏觀檢驗后對板間對接焊縫按圖紙要求進行射線探傷,符合JB/T4730. 2-2005《承壓設備無損檢測》Ⅱ級合格,管板角焊縫進行著色探傷,符合JB/T4730. 5-2005《承壓設備無損檢測》Ⅰ級合格。探傷合格后對設備進行酸洗,酸洗液采用HF3% +HNO3水溶液,酸洗溫度控制在40℃以下以防鈦被氫化。
