TA1+Q345R復(fù)合板的焊接研究及應(yīng)用 

Tal +TA1 +Q345R三層復(fù)合板的焊接與鈦鋼復(fù)合板相似,但又有區(qū)別。其基本原則是基層和復(fù)層必須分別焊接,其焊接性﹑焊材選擇﹑焊接工藝等由基層和復(fù)層材料分別決定;復(fù)合鋼板基層和復(fù)層交界處屬異種金屬焊接,但鈦和鋼.鈕和鋼不能直接熔焊,所以Ta1 +TA1 + Q345R三層復(fù)合板的焊接同樣必須采用剔邊和檢漏結(jié)構(gòu)。

金屬鈕在焊接過(guò)程中易吸氣、晶粒粗大及引發(fā)氣孔和裂紋。在鈦.錯(cuò)鈕及記四種稀有難熔金屬中,鈕的焊接性能最好,但鈕的熔點(diǎn)非常高,熱導(dǎo)率也比較高,一般焊接需要的耗能往往偏大;若焊接熱輸入偏大,則易引起晶粒粗大;焊接熱輸入偏小,則熔池熔化不良,因此,鈕的焊接必須選擇合適的焊接熱輸人以保證焊縫質(zhì)量。另外,鈕的特性之一就是能夠在250℃以上吸收氣體(氧，氫,氮,含碳?xì)怏w,含氯元素氣體)形成相應(yīng)的固溶體或金屬間脆性化合物,使鈕的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度提高,但伸長(zhǎng)率卻急劇降低。因此鈕材的焊接不但要在惰性氣體保護(hù)或真空下進(jìn)行,而且焊接材料的選用要在母材化學(xué)成分的基礎(chǔ)上適量地降低O,N,C,H 等雜質(zhì)的上限,避免因脆性化合物而引起裂紋。

此臺(tái)設(shè)備的鈕復(fù)層厚度非常薄,僅1.5 mm,而鈕材和鋼材的熔點(diǎn)相差懸殊,分別為2996和1400 ℃,在施焊鈕復(fù)層時(shí),即使鈕鋼復(fù)合板中間采用鈦板隔絕保護(hù)﹑變相地增加復(fù)層厚度,但極有可能在Q345R的基層上出現(xiàn)熔化區(qū),況且基層中的Fe 元素與TA1 ，Tal在高溫下分別形成Fe,TA1,Fe,Tal等脆性金屬間化合物;特別是采用松襯和翻邊兩層結(jié)構(gòu)的Ta1 + Q345R復(fù)合接管,若焊接熱輸人過(guò)大,則基層上出現(xiàn)的熔化區(qū)溶液會(huì)夾帶表面鐵銹,氧化物等雜物一起通過(guò)鈕焊縫熔池向外噴射、外翻,極易導(dǎo)致鈕復(fù)層焊縫開(kāi)裂.基層燒穿。因此, Ta1 + TA1 + Q345R三層復(fù)合板在鈕復(fù)層焊接的過(guò)程中既要保證焊縫熔池的正常熔化,又要防止焊接熱輸入過(guò)大引起的晶粒粗大.氧化及過(guò)渡層甚至基層的熔化等一系列問(wèn)題,這是此設(shè)備制造的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

焊接工藝試驗(yàn)材料

此臺(tái)設(shè)備主簡(jiǎn)體所用的Ta1 + TA1 +Q345R復(fù)合板的焊接工藝評(píng)定分別按鋼基層和鈕復(fù)層各自的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定,即基層按照J(rèn)B 4708----2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》,鈕的焊接參照J(rèn)B/T4745——2002《鈦制焊接容器》3附錄B及美國(guó)ASME第K卷《焊接和釬接》中的相關(guān)規(guī)定:

(1)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)準(zhǔn)備兩副試驗(yàn)試板,試驗(yàn)所用的鈕板規(guī)格81. 5 mm,按國(guó)內(nèi)GB/T3629—-2006《鈕及鈕合金板材、帶材和箔材》技術(shù)要求采購(gòu),退火狀態(tài)供貨,也可按ASTM B708《鈕和鈕合金板,薄板和帶材》中RO5200要求采購(gòu)，但國(guó)內(nèi)和美國(guó)的相應(yīng)牌號(hào)的力學(xué)性能、化學(xué)成分并不*相同,國(guó)內(nèi)牌號(hào)化學(xué)成分和力學(xué)性能見(jiàn)表1 ,2。

(2)因目前國(guó)內(nèi)在壓力容器行業(yè)尚無(wú)鈕及鈕合金線(xiàn)材或焊絲標(biāo)準(zhǔn),試驗(yàn)所用的鈕焊絲選用GB/T 14841-—2008《鈕及鈕合金棒材》,經(jīng)化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)后,結(jié)果見(jiàn)表1,也可采用ASTM B365—98(2004)《鈕及鈕合金線(xiàn)材和絲材》的標(biāo)準(zhǔn)。

(3)焊接保護(hù)氣體采用99.999%以上的高純氬氣,含水量低,露點(diǎn)一般不超過(guò)-50 ℃,且符合CB/T4842—--2006《劍》的要求。在保護(hù)氣體的選擇上曾考慮采用高純氦氣或高純氬氣＋氦氣混合氣焊接。雖然在純鈕板的焊接中可以利用氦氣來(lái)增加熔深、減小熱輸入,細(xì)化晶粒,提高焊縫的性能,但對(duì)于鈕鈦鋼復(fù)合板復(fù)層的焊接,采用高純氦氣增加熔深,若控制不當(dāng)容易造成鈕復(fù)層的燒穿，且氦氣比氬氣昂貴。

鈕材的制作和焊接過(guò)程中對(duì)清洗保護(hù)的要求

比鈦、錯(cuò)、銀的嚴(yán)格。焊前對(duì)鈕板正反兩面25 mm范圍內(nèi)采用機(jī)械打磨清除焊接區(qū)域的氧化物、油污及灰塵等污染物,并用丙酮清洗;1.5 mm的鈕板組對(duì)點(diǎn)焊時(shí)不開(kāi)坡口、不留間隙、防止錯(cuò)邊,采用單面焊雙面成型的技術(shù)施焊。

焊接工藝

焊接采用惰性氣體鎢極氬弧焊、直流正接。由于鈕的熔點(diǎn)非常高,熱導(dǎo)率也比較高,焊接時(shí)采用的電流比其他有色金屬的大,因此焊接過(guò)程中選擇,控制合適的焊接熱輸入是保證焊接質(zhì)量和焊接變形的有效的措施。具體參數(shù)見(jiàn)表3。

焊接保護(hù)

鈕非常容易氧化。焊接過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)焊接高溫區(qū)的保護(hù)極其重要:采用較大的瓷嘴、同時(shí)在焊槍的尾部和試板背面各有一個(gè)拖罩對(duì)焊接接頭溫度高于200℃以上的部位采用惰性氣體保護(hù),拖罩內(nèi)增加銅網(wǎng)以均勻氣流量;焊接時(shí)保護(hù)部位采用提前送氣和滯后停氣以避免氧化;保護(hù)的效果可以用焊縫表面顏色判定,銀白色最佳。

通過(guò)焊接工藝試驗(yàn),利用焊接熱輸人的比較來(lái)分析稀貴難熔金屬鈕的焊接性能和焊接特點(diǎn)，并結(jié)合Ta1 +TA1 +Q345R復(fù)合板自身的制造特點(diǎn),得出如下經(jīng)驗(yàn):

(1)稀貴難熔金屬鈕的焊接性能很好,只要選擇合適的焊接線(xiàn)能量,可以保證焊縫的抗拉強(qiáng)度.延伸率及晶粒度等各項(xiàng)性能指標(biāo)。

(2)鈕非常容易氧化,對(duì)其施焊時(shí),必須像鈦,誥等其他有色金屬一樣采用三面保護(hù),而且保護(hù)的要求比其他有色金屬要高,才能有效地提高焊縫的組織性能;

(3)針對(duì)鈕鈦鋼三層復(fù)合板,鈕與鋼熔點(diǎn)相差懸殊的難題,選擇合適的焊接熱輸入和技術(shù)措施,保證了焊縫熔池的正常熔化,又避免了焊接熱輸人過(guò)大引起的晶粒粗大,氧化及過(guò)渡層甚至基層的熔化等一系列問(wèn)題,圓滿(mǎn)完成了此批設(shè)備項(xiàng)目的制造工作。