主要施工流程:接管切割、坡口制作坡口清理渗透检查铁锈试验、酸洗活套法兰及限位板安装组对、焊接射线检测压力试验阳极化施工流程重点控制步骤接管切割、坡口制作由于接管位于氧化反应器顶部,垂直于地面,为避免切割时碎屑污染下方衬钛层,采用氧化铝砂轮切割,管口下方用石棉布遮挡;为方便随后焊接操作,切割位置定在活套法兰档板下方20mm位置;因为接管壁厚较薄(12mm),且是横焊焊口,保留的接管部分在接头下方,故将其坡口加工成单边V形,与水平面成30°角,钝边为0.5~1mm.注意切割和打磨过程中不得造成钛管金属表面过热、变色等氧化迹象。
坡口清理清理工作分三步进行。机械清理将焊接接头表面及其内外侧30mm范围内的一切鳞片、漆层、残留污物、金属碎屑、磨料粉尘和其他杂质用奥氏体不锈钢丝刷清除干净。凹凸不平的表面、毛刺及其它缺陷用细齿锉刀磨光。
去除氧化膜钛材暴露在空气中时,表面会自然形成一层致密的氧化膜,这也是钛材耐腐蚀的一个重要原因,但对于焊接来说,氧化膜会导致夹渣、裂纹等缺陷的产生,因此必须去除。施工中采用专用的酸洗液去除氧化膜,其配方为:盐酸(浓度1.19)270ml+硝酸(浓度1.4)55ml+氟化钠40g,三者混合后加温水(40℃)至1000ml.将接头附近30mm范围及焊丝涂抹酸洗液,保持2~4min后,用洁净的温水洗净、晾干。
最终清洗正式焊接前,再用不含硫的丙酮或乙醇对上述部分再次清洗,检查确认后方可开始焊接。注意:在接管修复过程中,所有工具和材料在使用前要进行彻底清理,且不得与其他施工作业互相混用。
铁锈试验、酸洗铁离子的存在,对钛表面的耐腐蚀层有致命的破坏作用,因此,在焊接接头第二步清理工作完成后,要对接管保留部分全部进行铁锈试验,以检验铁离子情况。试验方法:对接管内外表面喷涂铁锈试剂,以不变色为合格;若钛层表面变蓝,则证明有铁离子存在,要用专用砂轮片打磨,然后用酸洗液清洗附近区域,重新试验直到钛层不变色为止。
铁锈试剂配方:3%硝酸+3%铁氰化钾+94%蒸馏水(质量百分比)酸洗液配方:27%硝酸+1%氢氟酸+72%蒸馏水(质量百分比)3.4接头组焊3.4.1接头组对重新制作的短管到货后,检查管径、坡口尺寸,确认其与接管保留部分相匹配,然后套入修复后的不锈钢法兰,安装限位板,如所示。
焊接后的钛限位板(焊缝已经过阳极化处理)将法兰、套管及三块钛限位板做成一个预制管段,然后与接管保留部分对口,要求对口错边量不得超过1mm,间隙控制在1~2mm,在此过程中要注意两点:一是组对前,接管纵焊缝方位要错开180°;二是点焊时,不要在坡口根部直接进行定位焊接,而要使用与母材相同的条状钛板在坡口外部点焊,待根部打底焊道焊接完毕后,用磨光机磨去,以避免坡口被污染以及定位焊点发生氧化现象。
焊接焊接采用具有提前送气、高频引弧、延时保护的功能的ARISTOTig-400焊机;焊材选用与母材一致的ERTi-2焊丝,直径φ2mm;保护气采用纯度为99.99%的一级氩气,含水量不大于50mg/m3。为防止接头氧化,采取内外保护措施:(1)管道外部保护,采用焊炬和半椭球形保护拖罩合为一体的特殊结构,氩弧焊嘴直径φ1为20mm,拖罩直径φ3为40mm.如所示:接管外部保护工具图(2)对管道内部保护,采用两块圆形薄木板夹海绵做成微透气的封堵板置于管内,木板5~10mm,海绵约100mm,用螺栓连接紧固,可拆卸,便于改变海绵厚度及直径,以保证封堵板的有限密封性(既要排气又要隔离空气)。用一段贯穿堵板的塑料管从底部向两堵板间充入氩气,待内部空腔空气置换完毕即可施焊,如所示:接管内部保护工具图焊接工艺参数见表2:表2焊接工艺参数焊接完毕,待工件温度降低到200℃以下时,撤除内外保护,目视检查,焊缝表面不得有气孔、裂纹等缺陷,颜色为银白色或金黄色,余高1mm左右为合格。
无损检测无损检测主要包括,焊前坡口渗透检查和焊后射线检测,渗透检查主要是确认原变形部位附近有无裂纹,打磨后的坡口附近母材有无夹渣、分层、气孔等缺陷。
要求使用钛材专用的渗透剂、清洗剂及显影剂,不得含铁离子等污染物;射线检测与其他管道探伤程序相同,要注意的是:作业时要采用钛材专用像质计,同时,探伤过程中还要避免铁离子等杂质的污染。压力试验压力试验随反应器一同进行。其试压线接线方式如所示:压力试压线接线图整个过程与通常压力容器试压做法大致相同,此处不再赘述。但特别强调以下两点:(1)为防止钛复合层的腐蚀,试压介质采用脱离子水,水温10~20℃,成分与装置运行时正式用水相同;(2)水压试验的压力为2.76MPa,要求稳压4h(与国内相关规范不同),目视检查无渗漏、无变形、不降压为合格。
阳极化钛层阳极化是钛合金表面处理技术之一,主要是为了增加钛材的耐温耐蚀性能、减小铁污染、防止氢脆。由于电解液的不同,形成了多种专利技术。此处钛材焊缝的阳极化采用法国专利技术处理,氧化层呈蓝紫色,厚度约20μm.
结论氧化反应器回流管修补完毕后,经无损检测、压力试验检查,质量良好。现在,PTA装置已经投产,并在操作条件运行数月有余,未发现有任何异常现象,这说明接管修复采用的方法是行之有效的,可供类似设备修理借鉴。