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压力容器用钛钢复合板缺陷的爆炸堆焊修复技术

作者:admin来源:中国压力容器网 日期:2015-12-25 13:31:46 人气: 标签:

  钛及钛合金类复合材料在石油、化工和压力容器中的应用越来越多,用钛类复合材料制造的设备,内层钛耐腐蚀,外层钢具有强度高、韧性好的特点。

  两层连成一体,具有良好的导热性,可以在苛刻的工况下工作。因此,钛类复合材料己成为现代化学工业和高压容器行业中不可缺少的结构性材料。

  由于钛和钢在高温下生成各种金属间化合物,目前这两种金属材料不能用普通的焊接工艺直接进基金项目:江苏应用基础基金资助项目(B97096)行焊接,只能使用爆炸焊接工艺进行复合。

  但这两种材料的爆炸焊接窗口很窄,复合难度比较大,往往由于小面积的不贴合而致使整张钛钢复合材料无法投入使用或无法按预定的计划制作设备,造成巨大的经济损失。所以对此类复合材料缺陷修复技术的研究具有十分重要的意义。

  迄今为止,爆炸焊接界还没有研究出一种真正行之有效的修复钛-钢复合板缺陷的技术。采用爆炸+堆焊的复合修复技术解决了这一技术难题,大大提高了钛-钢复合板的成材率。

  2试验方案目前,典型的修复工艺是进行二次补爆。

  但对于厚度大于5mm的钛板来说,由于补爆过程中炸药的冲击作用,往往引起补爆区域周边原钛复层结合面强度的降低或开裂,达不到预期的修复效21试验材料复材为TA2厚度8mm;基材为20G,厚度为45mm,01800mm.其基本的元素组成和力学性能见果,也大大降低了设备的使用寿命和留下安全隐患。表1.表1材料的化学成分(%)及力学性能材料其余22爆炸焊接缺陷区域由于此复合板采用中心起爆,其管板中心不可避免会产生一定缺陷区域,即不结合区域。经超声波探伤测定管板中心0152mm区域出现未结合区,需进行修复。

  23修复工艺按传统的爆炸焊接修复或直接堆焊修复都无法达到理想效果。采用爆炸焊接+堆焊复合修复技术可实现该复合板100%复合,而且强度也达到甚至超过B 47331996.其修复工艺如下:超声波探伤确定缺陷部位+挖除缺陷复层+打磨预处理―爆炸焊接(S=2mm薄钛板衬层)打磨处理堆焊―热处理―表面处理。

  3试验过程与分析通过多次优化试验,其结果如表2所示,试验3为最佳的爆炸+堆焊修复工艺参数。

  表2优化试验结果序号补板厚度炸药热处理温度(c)焊丝直径(mm焊补效果3爆焊修复未结合放爆焊修复边部翘曲3修复效果很好3修复效果较好31爆焊修复前预处理在修复缺陷区域的底层进行打磨预处理,该工序可获得将缺陷区域表面上存在的氧化物层去除的效果,对缺陷区域己复合的钛层打磨出45的坡口,实现爆炸焊接的薄钛衬层与无缺陷的周边钛复层进行冶金结合的目的。

  32爆焊修复由于厚板钛钢爆炸焊接界面结合强度较低,因此一般选用薄钛板作为衬底进行爆炸焊接修复。对于厚度4mm以上的钛复板,在爆炸修复时一般选用2mm钛复板进行爆炸焊接修复。在爆炸焊接修复时,必须选用较低爆速和威力的炸药(如1铵松腊+食盐等)。爆炸焊接复合用炸药爆速应选用2300~2800m/s优先选用2500m/.爆炸中形成的冲击力相对较小,对修复区域周边的钛复层在力学性能和结合强度方面几乎不产生影响,保证了钛复合材料的整体性能。

  33堆焊修复施焊过程中,采用纯度为99 99%的高纯氩气保护,能够得到高质量的堆焊效果。在爆炸焊接的缺陷区域底部钛板上进行堆焊之前,可预先对钛钢复合材料进行一次热处理和校平。热处理温度为C,时间根据复合板材料厚度而定,一般为2~8h以消除复合材料因爆炸焊接在内部形成的应力,为下一步堆焊修复作好准备。

  在己爆炸衬垫薄钛板上使用特殊焊接工艺实施堆焊,可以一次性堆焊至预定高度,也可以分批次堆焊完毕。优先选用堆焊高度高于原钛复层1~15不同位置的化学成分(%!

  元素界面钛侧钢侧漩涡区T265.化学成分(修复区面积8x0152)(%)元素界面钛侧钢侧漩涡区T265. 5191.683.24488Fe34498.3296769512注:表中数值为两点成分的平均值,钛侧和钢侧的测量点均距结合面30Wm,测量工具为光谱仪。

  mm然后打磨回原高度即可。堆焊厚度3~堆焊焊丝选用0~40以叫优先选用032mm.每层堆焊厚度h=05~1优先选用h=08 mm.试验表明经特殊工艺堆焊完成后,再经表面打磨、酸洗、钝化处理,能够实现表面预期的耐腐蚀性能。而且通过超声、金相、力学性能试验,其各项性能指标完全符合国家规定的技术标准要求。

  采用该方式修复的钛类复合材料己成功应用于换热器、压力容器筒体板等。在所修复的材料上进行开孔,压制成型中未发现开裂脱层等现象。同样在该类己修复的材料用于封头冷旋压和热成型方面,也获得了优良的结果。通过爆炸+堆焊修复后的厚钛类复合材料的爆炸焊接缺陷修复区域具有同类合格钛类复合材料的一切物理和化学特征。修复过程中不影响缺陷区域周边钛复合材料的各项技术指标。修复后的区域不变形,不产生新的缺陷,只需消除焊接应力即可达到规定的各项物理和化学性能指标。

  4修复前后性能对比通过缺陷修复区域和合格钛类复合材料的对比可以发现,其修复后的各种技术指标均己达到或超过GB 8547―87.合格钛复合材料和缺陷修复区域技术指标对比如表3~ 6所示。

  由表6可以看出,修复后的钛类复合材料具有合格的剪切强度和力学性能指标。弯曲试验结果表明,复层和基层不会出现分离现象,完全满足压力容器和GB8547―87的要求。

  表5(8+45)钛一20g钢复合材料的力学性能材料内弯外弯好表6(8+45)钛一20g钢修复区域的力学性能材料内弯外弯好5结论采用爆炸+堆焊复合修复技术,可实现钛-钢复合板缺陷及不结合区的修复,修复后的钛-钢复合板其各项性能指标均符合压力容器和GB8547― 87的要求。

  爆炸复合用钛薄层衬板厚度应选用5= 1~3叫优先选用15~2mm.炸药爆速选用2300~2800m/s优先选用12,堆焊焊丝选用0~40mm,优先选用32mm,每次堆焊厚度05~1mm,优先选用08mm.文中所述的爆炸+堆焊复合修复技术还可修复基材和复材可焊性差的组合,如钛铝、钛镍、钛不锈钢等复合材料。

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