TA1+Q345R復合板的焊接研究及應用 

Tal +TA1 +Q345R三層復合板的焊接與鈦鋼復合板相似,但又有區(qū)別。其基本原則是基層和復層必須分別焊接,其焊接性﹑焊材選擇﹑焊接工藝等由基層和復層材料分別決定;復合鋼板基層和復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三層復合板的焊接同樣必須采用剔邊和檢漏結(jié)構。

金屬鈕在焊接過程中易吸氣、晶粒粗大及引發(fā)氣孔和裂紋。在鈦.錯鈕及記四種稀有難熔金屬中,鈕的焊接性能最好,但鈕的熔點非常高,熱導率也比較高,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,含碳氣體,含氯元素氣體)形成相應的固溶體或金屬間脆性化合物,使鈕的抗拉強度、屈服強度、硬度提高,但伸長率卻急劇降低。因此鈕材的焊接不但要在惰性氣體保護或真空下進行,而且焊接材料的選用要在母材化學成分的基礎上適量地降低O,N,C,H 等雜質(zhì)的上限,避免因脆性化合物而引起裂紋。

此臺設備的鈕復層厚度非常薄,僅1.5 mm,而鈕材和鋼材的熔點相差懸殊,分別為2996和1400 ℃,在施焊鈕復層時,即使鈕鋼復合板中間采用鈦板隔絕保護﹑變相地增加復層厚度,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)構的Ta1 + Q345R復合接管,若焊接熱輸人過大,則基層上出現(xiàn)的熔化區(qū)溶液會夾帶表面鐵銹,氧化物等雜物一起通過鈕焊縫熔池向外噴射、外翻,極易導致鈕復層焊縫開裂.基層燒穿。因此, Ta1 + TA1 + Q345R三層復合板在鈕復層焊接的過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大引起的晶粒粗大.氧化及過渡層甚至基層的熔化等一系列問題,這是此設備制造的重點和難點。

焊接工藝試驗材料

此臺設備主簡體所用的Ta1 + TA1 +Q345R復合板的焊接工藝評定分別按鋼基層和鈕復層各自的標準評定,即基層按照JB 4708----2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》,鈕的焊接參照JB/T4745——2002《鈦制焊接容器》3附錄B及美國ASME第K卷《焊接和釬接》中的相關規(guī)定:

(1)焊接工藝評定試驗準備兩副試驗試板,試驗所用的鈕板規(guī)格81. 5 mm,按國內(nèi)GB/T3629—-2006《鈕及鈕合金板材、帶材和箔材》技術要求采購,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，但國內(nèi)和美國的相應牌號的力學性能、化學成分并不*相同,國內(nèi)牌號化學成分和力學性能見表1 ,2。

(2)因目前國內(nèi)在壓力容器行業(yè)尚無鈕及鈕合金線材或焊絲標準,試驗所用的鈕焊絲選用GB/T 14841-—2008《鈕及鈕合金棒材》,經(jīng)化學成分復驗后,結(jié)果見表1,也可采用ASTM B365—98(2004)《鈕及鈕合金線材和絲材》的標準。

(3)焊接保護氣體采用99.999%以上的高純氬氣,含水量低,露點一般不超過-50 ℃,且符合CB/T4842—--2006《劍》的要求。在保護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增加熔深、減小熱輸入,細化晶粒,提高焊縫的性能,但對于鈕鈦鋼復合板復層的焊接,采用高純氦氣增加熔深,若控制不當容易造成鈕復層的燒穿，且氦氣比氬氣昂貴。

鈕材的制作和焊接過程中對清洗保護的要求

比鈦、錯、銀的嚴格。焊前對鈕板正反兩面25 mm范圍內(nèi)采用機械打磨清除焊接區(qū)域的氧化物、油污及灰塵等污染物,并用丙酮清洗;1.5 mm的鈕板組對點焊時不開坡口、不留間隙、防止錯邊,采用單面焊雙面成型的技術施焊。

焊接工藝

焊接采用惰性氣體鎢極氬弧焊、直流正接。由于鈕的熔點非常高,熱導率也比較高,焊接時采用的電流比其他有色金屬的大,因此焊接過程中選擇,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)見表3。

焊接保護

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

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

(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能量,可以保證焊縫的抗拉強度.延伸率及晶粒度等各項性能指標。

(2)鈕非常容易氧化,對其施焊時,必須像鈦,誥等其他有色金屬一樣采用三面保護,而且保護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)針對鈕鈦鋼三層復合板,鈕與鋼熔點相差懸殊的難題,選擇合適的焊接熱輸入和技術措施,保證了焊縫熔池的正常熔化,又避免了焊接熱輸人過大引起的晶粒粗大,氧化及過渡層甚至基層的熔化等一系列問題,圓滿完成了此批設備項目的制造工作。