钛制醋酸冷凝器的制作.pdf

维纶通讯 2 0 0 3 年第 2 3卷第 1 期 钛 制醋 酸 冷凝 器 的制作 田兴文余善福(湖南省 湘维有限公 司4 Lx _ 机械厂，湖南溆浦4 1 9 3 2 3)摘要 介绍了钛制醋酸冷凝器的制作，论述了钛材的焊接性能、焊材的选择、焊接坡1 3 的制备、焊接工 艺及焊接过程中的气体保护、防污染措施等。关键词 钛制设备焊接工艺气体保护防污染 1 引 言 用乙醛氧化法生产 乙酸因工作介 质中含有较 多 C l 一 离子，醋酸冷凝器既使 选用 3 1 6 L超低碳 不 锈钢制作，使用 一段 时间后，便 产生 了均 匀腐蚀、重的部位两至三年便因腐蚀产生穿孔而导致整台 设备报废，腐蚀严 重地影响了生产的正常进行，且 日常维护费用高，运 行既不经济 又不安全。为彻 底地解决该设备 的腐蚀 问题，我公 司技 术人员经 过多次试验论证，选用 四种不 同材料进行了 9 5天 点腐蚀及晶间腐蚀，其加料口及出料 口等腐蚀严 挂片试验，其试验结果见表 1。表 1 不 同材质 的挂 片试 验结果 从表 1 挂片试验结 果看，r A 2 腐蚀速率很小，结果令人满意，完全满足使用要求，因此我公 司决 定采用钛材 T A 2 制作新醋酸冷凝器(N Q一8 o 6)。N Q一8 0 6醋酸冷凝器的主要技术特性见表 2，其换热段主要结构尺寸见表 3。该 冷凝 器要 求按 G B 1 5 01 9 8 8、G B 1 5 18 9及陕 D B 3 4 6 48 6标准 进行制造、检验与验收。据分析，它 的主要制作难 点是焊接，特别是管板与壳体的焊接，管极与列管 的接头的焊接，更是难 中之 难。为 了确保 该设备 制作成功，符合质量要求，我们进行了模拟工艺试 验。2 焊接工艺试验 纯钛焊接工艺方法一般有氩弧焊(手工、自动 及半 自动)、等离 子焊、原子焊、激 光焊等，其 中手 工钨极氩弧焊应 用极为广泛，因为它 的设备及操 作简单，工艺成熟，极适合单件小批量生产。因此 我厂根据现有 的设 备及人员特点，决定 采用手 工 氩弧焊，为此首先进行了板状对接的可焊性试验。2 1 对接接头可焊接性试验 纯钛具有以下焊接 特点：(1)化学 活性强，在 4 o 0 以上的高温下极易被空气、水分、油脂、氧化 表 2 N O一8 0 6醋 酸冷凝器 的主 要技术特性 项目 壳程 管程 工作压 力 MP a 工作温 度 C 设计压力 MP a 设计温度 介 质 换热 面积 m 2 焊接接头系数 腐蚀裕度 n a n 主体 材质 0 3 0 4 2 0 1 3 o 一2 5 一7 0 3 3 0、4 4 1 3 o 一2 5 醋酸、乙醛、水 冷冻盐水 3 2 9 0 8 5 0 6 0 1 1 6 Mn R T A 2 收稿 日期：2 0 0 2一o 9 2 5 作者简介：田兴 文，男。1 9 6 3年 9月生。工程 师。1 9 8 4年毕 业 于湖南化工学 校化机专业。在湘 维公 司化工机 械厂从 事质保 工作。维普资讯 2 0 0 3年第 2 3卷第 1 期 田兴文等 钛制醋酸冷凝器的制作 表 3 换热段 主要 结构尺寸 项 目 尺寸 公称直径 厚度 m m 列管数量 根 列 管规格 m m 管板厚度 m m 5 0 06 1 72 1 52 5 0 0 2 5 皮污染，由表面吸入氧、氮、氢、碳 等杂质，从而大 大降低焊接接头的塑性和韧性；(2)钛的特定物理 性能，如纯钛在高温停留时间长，则会引起焊接接 头过热，从而导致接 头力 学性能显著 降低；(3)易 产生冷裂纹；(4)保护不好 则易产 生气孔。因此，针对纯钛的上述特点，我们在可焊性试验时采取 了以下工艺措施：(1)配制合适的正反面氩气保护拖罩，严格 控制氩气纯度。(2)选用 T A 1 焊丝，严格进行清洗、烘干、保 温，以防污染。(3)配制合理的工艺规范。我们经过几次反复试验，选 用 了表 4的工艺 规范焊接 了 艿=6的 T A 2 对接接头，并对其进行 了 各项试验，试验结果见表 5和表 6。表 4 对接接头的焊接工艺参数 表 5 可焊性试验接 头力学性能及化 学成份 表 6 焊接接头及热 影响区外观质 量 从表 5和表 6可 以看 出，我厂焊接板状 对接 接头完全能够满足设计规范的规定及使用要求。2 2 强度焊接接 头试验 强度焊 与板状 对 接 接头 的型 式有 很大 的 区 别，这就导致 了两者焊接 时的保护方 法有很大 的 区别，而强度焊要困难得多，只要解决 了保护 的问 题，可以说强度焊就成功了一半。为此，我们拟定 了焊接和胀接加焊接二种方案，经过 可行性论证，最后确定选用胀接加焊接 的方案进行。具体步骤 如下：其焊接试样 的制备 按 G B I 5 1 8 9附录 G工 艺评定标准进行，先采用胀接的方法将列管与管 板胀牢(将过胀率控制在 1 以内)，从而确保背 面不受空气污染，焊前在 距 钛管端 3 04 0 m m处 塞进一团棉纱，这 可作 为管子 内部的气体保 护措 施，见图 l。而管板 正面 同样 制作 特制 的气体 保 护 圈，见图 2。此保护 圈 内不用另行通氩气，而是 利用焊炬喷出的气体集中保护即可。焊接工艺上 图 1 管内部气体的保护措施 图 2 管板正面的气体保护圈 维普资讯 2 6 维纶通讯 2 0 0 3 年第 2 3卷第 1 期 采取快速不摆 动、小规 范、不加 填充焊丝、大气流 快速冷却的工艺措施。工艺规范见表 7。表 7 强度焊接试 样工艺 规范 以上工艺措施收 到了 良好的效果，焊缝成 色 相宏观、耐蚀试验及化学成份分析试样，分别按各 漂亮，外形美 观，保护效果好。经过分解、切取、金 自标准及程序进行试验，结果见表 8。表 8 强度焊试样试 验结果 由此可见，焊接接头完全符合设 计规定 及使 用要求，焊缝 颜 色均 为银 白色或 金 黄色，成形 美 观。2 3 管板与壳体 间的角接接头保护试验 壳体 内径仅 为 5 0 0 m m，它与管板所 形成 的角 接接头，其 内背面保护难 以实施。经过分析，我们 进行 了模拟 实验，试验模 型见 图 3。焊 前从通 气 孔通人氩气约 3 mi n，确认空气完全被置换后，将待 焊处用胶纸密封，但应 留出一定的距离供施 焊及 排气用。焊接时，正面 同样应加 合适 的氩气保 护 拖罩进行正 面保 护。焊后经过检 查，焊缝外 部及 简体 内高温 区均得 到很好保护，无任何污染。模 通气 管 压板 板 图 3 模拟实验的试验模型 总之，通过 以上三种工艺试验 的结果证明，我 们 已经完全掌握了这 台冷凝器 的焊接工艺及保护 要领，用此方法焊接 的产 品完全能够达 到设 计标 准及使用要求。3 实际J j n-r-过程 的质量 控制及要点 3 1 坡 口制备 坡 口型式尺寸的选择原则是尽量减少焊接层 次数和填充金属 量，为此，我 厂选用 的坡 口如 下：壳体对接 A、B类 接头坡 口见 图 4；列管与 管板 强 度焊处 管板管孔 的坡 口见 图 5；接管与壳体相接 的坡 口型式见 图 6；管板 与壳体相接坡 口型式 见 图 7。其所有坡 口均采用机械加工而成。；f 0 一 10 0 图 4 壳体对接 A、B类接头坡口 0L 厂 I n 。1 、：1 25 3 、I 图 5 列管与管板强度焊处管板管孔的坡口 维普资讯 2 0 0 3年第 2 3卷第 1 期 田兴文等 钛制醋酸冷凝器的制作 2 7 图 7 管板与壳体相接坡 12 1 3 2 焊丝及焊件的清理 先对焊丝及焊件进行 酸洗处理，酸洗液配方 为 4 0 H N O 3，3 5 H F和水组成 的混合液，边 酸洗边用不锈钢丝刷 清除氧化膜，再 用清水 冲刷 干净且不 留残 酸液，然后 再 用丙 酮擦钛 试板、焊 丝、坡 口及 其两侧 各 5 0 m m以内。已经清洗 过 的 钛板及焊丝放置时 间不 能过长，将暂 不用的焊件 用塑料布包扎好，焊丝则 置于 1 5 0 o C2 0 0 o C的烘 箱内保温，做到随用随取。取钛板时，需戴 清洁的 白手套。3 3接 头装 配 板材、简体、法兰盘、管接头装配时，应保证装 配间隙，列管 与管板 装配时应保证列管 伸出管板 1 5 2 m m并应满足 图样规定 的技术要求，在装配 时严禁用锤子敲击和划伤钛材表面。为减少 焊件 的变 形必 须采 用必要 的工 装夹 具，夹具禁用碳钢材料制 成，焊 前应先定位 焊，一 般定位焊的间距为 1 0 01 5 0 m m，长度约为 l O 1 5 mm。定位焊时所用焊丝、焊接工艺参数及气体 保护条件与正式焊接 时相 同，在每一定位 焊停弧 时，应延时关闭氩气。3 4 焊接过程及控制要点 氩气是选用纯度为 9 9 9 9 的纯氩，氩气的纯 度将直接影响到钛焊缝 的硬度，冷弯角度 及氢含 量等，故对氩气 的纯 度要求较 高。每瓶开 瓶使用 之前应做露点试验，合格后，方能投入实际使用。焊接时，壳体 A、B类 焊接接 头分 三层焊完，见图 8。第一层 不加 焊丝，列管 与管板 的强 度焊 接也不加焊丝，壳体与管板 的焊接分二层进行，其 工艺参数 均见表 9。焊接速 度应控制 在 3 5 0 C以 上 的焊接接头高温 区置于氩气 保护层下，焊接层 次越少越好，多层焊 时应 在前 一道焊缝冷 却到室 温后再焊下一道，同时焊接过程 中应观察 焊缝及 热影响区的表面色泽，使 之在银 白色 到深 黄色之 间。表 9 列管与管板、壳体 与管板 的焊接工 艺参数 图 8 壳体 A、B类焊接接头 4 产品总体质量状况及使用效果 设备壳体焊完后，对所有 A、B类焊接接头抽 查 I2 0，进 行 x射线无损 检测，全部 级，设备 按 G B 1 5 1、G B 1 5 0及陕 D B 3 4 6 48 6标 准进行外观 检查合 格，管壳程均 以 0 6 M P a表压 进行水 压试 验，无渗漏及异常声音，判断合格。经过一段时间的使用，效果很好，使用六个月 后拆开检查 内部表面无任何腐蚀现象。5 结束语 通过此钛制 冷凝器 的制 作，我厂对制 作钛制 设备有了一定的认识并积累了如下经验。1)钛制设备的关键在焊接接头的质量，而焊(下转第 l 4页)维普资讯 l 4 维纶通讯 2 0 0 3年第 2 3 卷第 1 期 2 3 1纺丝 温度 适当提高纺丝温度，可以改善熔体的流变性，降低熔体的表观粘度，提高熔体的均匀性。提高 板面温度，可延缓丝条固化，对丝条 的拉伸性也有 所改变。但温度过高会加速熔体热降解，使飘丝 和断头增 多。把 纺丝温 度 控制 在(2 9 10 5)时，无油丝粘度降在 0 0 1 以内，纺丝效果较好。2 3 2 冷却条件 细旦丝丝条固化速度快，使凝 固点上移，形变 时间缩短，不利于丝条的条干均匀率。因此，必须 严格控制侧吹风风速、风温和风湿，同时改善风道 导向板，使丝条经过一个缓冷区，在较缓和的冷却 条件下 固化成形。选定侧吹风风速 为0 3 5 m ra i n、风温 2 5、风湿(6 5 2)。2 3 3 集束上油 细旦丝纺丝 张力大，不利于卷装。应提 高集 束点位置，缩短 甬道长度，以改善纺丝 张力，同时 适 当增大上油率，或改善上油方式，才 能达到较好 的效果。2 4 卷绕工艺 由于我公 司的卷绕 装置为常 规纺设 备，针对 细旦丝的特点，合理地调整卷绕工艺，如提高超喂 率等，必要时降低卷绕速度，以保证卷绕和后加工 的顺利进行。2 5 拉伸变形工艺 2 5 1 拉伸倍数和拉伸速度 细旦丝 P O Y强度低、伸长高。为避免拉伸过 快或过于激烈，造成 毛丝、断 头多，要求 拉伸倍 数 和拉伸速度都要比常规纺低。但考虑到成品丝的 强度和染色性 能，拉伸倍 数和拉伸速 度又不能过 低。在 D R=1 6 1 2，V=5 5 O re ra i n时，假捻张力 均匀且稳 定，丝条运行平稳，毛丝、断头少，M 率 相对也高。2 5 2 D Y值和摩擦盘组合方式 我公司的 1 2 E 3 V型加弹机所用聚酯摩擦盘直 径和厚度均较大，而且假捻器轴间距较小，故该假 捻器假捻效果较好，因此可选用较 低的 D Y值。摩擦盘采用 1 5 1 组合，D Y值在 1 4 1 5之 间，解捻张力 和加捻张力 1 之 比控制在 0 9 1 1 范围内。加工效果较好。3 结 论 细旦丝 的生产不仅对工艺要求严格，对设 备、操作和管理均有较高要求。在实际生产中，要求 各方面都控制好，才能生产出优 良的细旦丝。参考文献 1 李朝阳，张焕勇 对 B N公司干燥 系统的技术改造 合 成纤 维工业，2 0 0 1，(5)：6 3 客 客 客 套 盎 客 度 客 客 客 套 客 盘 客 套 客 盒 盎 (上接第 2 7页)接接头的质量的关键在于全方位的氩气保护 的效 果。2)焊件及焊丝的清理对焊接接头的力学性 能有很大影响。3)工作场地应注意环境的清洁，防止污染。参考文献 1 顾曾迪，陈根宝编 有色金属焊接 机械工业 出版社，l 9 9 5 2 钛及钛合金性能 宝鸡有色金属研究所，1 9 7 5 3 钛的耐蚀性能 冶金部有色金属研究所，1 9 9 7 4 钛在化工中的应用(一)化工设备设计技术 中心站，1 9 7 4 5 陕 D B 3 4 6 4 8 6钛制焊接压力容器技术条件(报批稿)1 9 8 6 1 0，陕西省地方标准 维普资讯