Tal +TA1+Q345R复合板的焊接研究及应用

TA1+Q345R复合板的焊接研究及应用 

Tal +TA1 +Q345R三层复合板的焊接与钛钢复合板相似,但又有区别。其基本原则是基层和复层必须分别焊接,其焊接性﹑焊材选择﹑焊接工艺等由基层和复层材料分别决定;复合钢板基层和复层交界处属异种金属焊接,但钛和钢.钮和钢不能直接熔焊,所以Ta1 +TA1 + Q345R三层复合板的焊接同样必须采用剔边和检漏结构。

金属钮在焊接过程中易吸气、晶粒粗大及引发气孔和裂纹。在钛.错钮及记四种稀有难熔金属中,钮的焊接性能最好,但钮的熔点非常高,热导率也比较高,一般焊接需要的耗能往往偏大;若焊接热输入偏大,则易引起晶粒粗大;焊接热输入偏小,则熔池熔化不良,因此,钮的焊接必须选择合适的焊接热输人以保证焊缝质量。另外,钮的特性之一就是能够在250℃以上吸收气体(氧，氢,氮,含碳气体,含氯元素气体)形成相应的固溶体或金属间脆性化合物,使钮的抗拉强度、屈服强度、硬度提高,但伸长率却急剧降低。因此钮材的焊接不但要在惰性气体保护或真空下进行,而且焊接材料的选用要在母材化学成分的基础上适量地降低O,N,C,H 等杂质的上限,避免因脆性化合物而引起裂纹。

此台设备的钮复层厚度非常薄,仅1.5 mm,而钮材和钢材的熔点相差悬殊,分别为2996和1400 ℃,在施焊钮复层时,即使钮钢复合板中间采用钛板隔绝保护﹑变相地增加复层厚度,但极有可能在Q345R的基层上出现熔化区,况且基层中的Fe 元素与TA1 ，Tal在高温下分别形成Fe,TA1,Fe,Tal等脆性金属间化合物;特别是采用松衬和翻边两层结构的Ta1 + Q345R复合接管,若焊接热输人过大,则基层上出现的熔化区溶液会夹带表面铁锈,氧化物等杂物一起通过钮焊缝熔池向外喷射、外翻,极易导致钮复层焊缝开裂.基层烧穿。因此, Ta1 + TA1 + Q345R三层复合板在钮复层焊接的过程中既要保证焊缝熔池的正常熔化,又要防止焊接热输入过大引起的晶粒粗大.氧化及过渡层甚至基层的熔化等一系列问题,这是此设备制造的重点和难点。

焊接工艺试验材料

此台设备主简体所用的Ta1 + TA1 +Q345R复合板的焊接工艺评定分别按钢基层和钮复层各自的标准评定,即基层按照JB 4708----2000《钢制压力容器焊接工艺评定》,钮的焊接参照JB/T4745——2002《钛制焊接容器》3附录B及美国ASME第K卷《焊接和钎接》中的相关规定:

(1)焊接工艺评定试验准备两副试验试板,试验所用的钮板规格81. 5 mm,按国内GB/T3629—-2006《钮及钮合金板材、带材和箔材》技术要求采购,退火状态供货,也可按ASTM B708《钮和钮合金板,薄板和带材》中RO5200要求采购，但国内和美国的相应牌号的力学性能、化学成分并不*相同,国内牌号化学成分和力学性能见表1 ,2。

(2)因目前国内在压力容器行业尚无钮及钮合金线材或焊丝标准,试验所用的钮焊丝选用GB/T 14841-—2008《钮及钮合金棒材》,经化学成分复验后,结果见表1,也可采用ASTM B365—98(2004)《钮及钮合金线材和丝材》的标准。

(3)焊接保护气体采用99.999%以上的高纯氩气,含水量低,露点一般不超过-50 ℃,且符合CB/T4842—--2006《剑》的要求。在保护气体的选择上曾考虑采用高纯氦气或高纯氩气＋氦气混合气焊接。虽然在纯钮板的焊接中可以利用氦气来增加熔深、减小热输入,细化晶粒,提高焊缝的性能,但对于钮钛钢复合板复层的焊接,采用高纯氦气增加熔深,若控制不当容易造成钮复层的烧穿，且氦气比氩气昂贵。

钮材的制作和焊接过程中对清洗保护的要求

比钛、错、银的严格。焊前对钮板正反两面25 mm范围内采用机械打磨清除焊接区域的氧化物、油污及灰尘等污染物,并用丙酮清洗;1.5 mm的钮板组对点焊时不开坡口、不留间隙、防止错边,采用单面焊双面成型的技术施焊。

焊接工艺

焊接采用惰性气体钨极氩弧焊、直流正接。由于钮的熔点非常高,热导率也比较高,焊接时采用的电流比其他有色金属的大,因此焊接过程中选择,控制合适的焊接热输入是保证焊接质量和焊接变形的有效的措施。具体参数见表3。

焊接保护

钮非常容易氧化。焊接过程中加强对焊接高温区的保护极其重要:采用较大的瓷嘴、同时在焊枪的尾部和试板背面各有一个拖罩对焊接接头温度高于200℃以上的部位采用惰性气体保护,拖罩内增加铜网以均匀气流量;焊接时保护部位采用提前送气和滞后停气以避免氧化;保护的效果可以用焊缝表面颜色判定,银白色最佳。

通过焊接工艺试验,利用焊接热输人的比较来分析稀贵难熔金属钮的焊接性能和焊接特点，并结合Ta1 +TA1 +Q345R复合板自身的制造特点,得出如下经验:

(1)稀贵难熔金属钮的焊接性能很好,只要选择合适的焊接线能量,可以保证焊缝的抗拉强度.延伸率及晶粒度等各项性能指标。

(2)钮非常容易氧化,对其施焊时,必须像钛,诰等其他有色金属一样采用三面保护,而且保护的要求比其他有色金属要高,才能有效地提高焊缝的组织性能;

(3)针对钮钛钢三层复合板,钮与钢熔点相差悬殊的难题,选择合适的焊接热输入和技术措施,保证了焊缝熔池的正常熔化,又避免了焊接热输人过大引起的晶粒粗大,氧化及过渡层甚至基层的熔化等一系列问题,圆满完成了此批设备项目的制造工作。