钛焊管焊接夹杂缺陷原因分析及控制

采用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪对焊道变化缺陷组织和成分进行分析。结果表明,在焊缝纵向上可以观察到夹杂缺陷,缺陷区域内有碳、氧、钨等杂质元素分布。该类型缺陷产生原因为钨针尖表面附着物累积到一定量以后,掉落到焊缝熔池中,引起电弧波动而形成缺陷。通过提高钛带表面清洁度,增加修磨钨针尖频次,提高焊枪氩气流量等措施,可减少该类型缺陷的产生。

钛管高速双枪TIG焊电弧和熔池动态行为的数值模拟

采用高速双枪TIG焊制造钛焊管。建立双钨极、双电弧和熔池耦合数学模型,研究温度场分布、电弧等离子体和熔池液态金属流动以及双枪TIG焊系统能量传输行为。电弧极性相同,在电磁力作用下,前后电极下方的电弧等离子体相向流动。熔池Marangoni力远高于电弧剪切力,是熔池上表面液态金属后向流动的主要驱动力。计算的双钨极电弧热效率为79.8%。高速双枪TIG焊可以提高钛焊管的制造效率和质量。

浅谈钛制U形管换热器设计注意事项

以钛-钢复合板作为U形管换热器壳程和管箱筒体材料,壳体纵、环焊缝内部钛贴条和盖板处凸起,导致分程隔板和U形管束在装配过程中与钛贴条或盖板干涉无法安装。以实际U形管换热器为例,提出在分程隔板上开槽,减小折流板直径并在壳程筒体增设垫环的设计方案,且经实践证明该方案安全可靠。

激光功率对Nd:YAG激光焊接钛管材料的显微组织和力学性能的影响

采用Nd:YAG激光束焊接连接2级钛管。通过组织表征和力学试验研究了激光功率的影响。结果表明,随着激光功率的增加,焊珠的几何形状从楔形变成了平行形,焊接区呈粗糙、不均匀、锯齿状的粗颗粒结构。激光功率对晶粒的位向角分布也有显著影响。高功率激光导致焊接区出现了较大的孔隙,还有高密度的位错和亚晶界。通过激光焊接,材料的强度得到提高,但通过显微硬度分析发现,高功率激光下材料的强度提高较小,而在较低功率的激光下,材料可以获得更高的抗拉强度。通过断口分析发现,焊接区存在的微小空隙导致材料出现韧性断裂。

基于ANSYS Workbench的钛制管子管板焊接工艺参数探究

某项目常减压蒸馏装置中使用的换热器为提高使用寿命,使用钛换热管及管板。为在制造阶段优化焊接工艺,提高管口焊接质量、产品质量,保障设备运行周期,本文拟运用ANSYS Workbench软件对目前合理的工艺参数进行细化,通过分析不同焊接工艺参数下管口焊后残余应力分布情况以及通过试验手段,分析不同工艺下管口的机械性能和金相组织,确定较优的焊接工艺。本次研究为后续管口焊接工艺的研究提供了思路,同时也为产品质量的提高提供了保证。

换热器管板的全位置自动化焊接工艺

在详细分析换热器钛合金管板自动焊接工艺特点的基础上,利用自行研发的全数字管板焊接系统进行了换热器管板的全位置自动焊接工艺试验,探讨了换热器管板焊接中影响焊接质量的相关因素,获得了合理的工艺,即峰值电流80~100A、基值电流20~30A、电流脉冲频率5~10Hz、脉冲占空比50%、机头转速3~4 r/min、采用脉冲方式进行电流上升和下降,并在1GW超临界火电机组换热器管板的焊接生产中证明了所确定的焊接工艺能满足实际施工的需要.

国内外焊管用钛带的品质对比

通过对宝钛集团、美国钛金属有限公司、日本新日铁住金株式会所、韩国大宇国际公司4家来自不同国家的代表生产商所生产的0.5 mm厚Gr.2焊管用钛带的化学成分、力学性能、硬度、显微组织、表面状况及粗糙度等性能进行分析测试,以期用实验数据说明目前国产焊管用钛带品质所达到的真实水平,为国产钛带的推广应用提供有利的支撑。测试结果表明:国产焊管用钛带的各项性能与国外基本相当,且批次稳定性、表面一致性等甚至优于国外同类产品。

电力电站冷凝器钛合金管板自动焊机的研制

为提高电力电站冷凝器钛合金管板接头环形焊缝的焊接质量,研制了一种数字化、可视化以及自动化的管板焊机.为提高动态响应性能,焊接电源主电路采用了逆变频率为100 kHz的全桥拓扑结构;以基于ARM公司Cortex-M4内核的LM4F232 MCU(微控制器)为核心,设计了焊接过程数字控制系统,开发了基于模糊逻辑判断的参数自整定PI(比例积分)算法,提高了焊机对不同工况的适应性;设计了基于触摸屏和ARM微处理器的人机交互系统,实现了人机交互的数字化和可视化.系统测试以及焊接试验均表明,研制的管板焊机性能优良,能够满足冷凝器钛合金管板优质高效焊接的需求.

钛制换热器薄壁管与管板焊接优化工艺

针对钛设备制造中的特殊问题(如易于产生氢脆、裂纹、铁污染等),结合焊前试验及工程实践,着重分析了工业纯钛换热器制作中的关键环节——薄壁管与管板的焊接(焊接特性与工艺要点)。通过采取一些有针对性的技术措施,如施焊场地的精心准备、焊接方法及设备的合理选用、工艺参数的调整筛选等,从而取得较为满意的效果。

核电站凝汽器用钛焊管蒸汽腐蚀疲劳性能研究

测定了国产和进口核电站凝汽器用钛焊管在室温大气和人工海水100℃水蒸汽介质中的疲劳性能,同时采用扫描电子显微镜对疲劳断口进行了观察,探讨了钛焊管的蒸汽腐蚀疲劳机理。研究结果表明:国产钛焊管与进口钛焊管的疲劳寿命较为接近,水蒸汽氛围大幅度降低了钛焊管的疲劳寿命;疲劳试样的裂纹均萌生于钛焊管焊缝区域的外表面,多为多源萌生,裂纹扩展均以条纹机理为主;断口处有少量二次裂纹,未发现沿晶断裂及周期解理断裂特征,静断区断口形貌为韧窝;从蒸汽腐蚀疲劳试样中,未能观察到明显的腐蚀产物;钛焊管的蒸汽疲劳腐蚀是交变应力和电化学腐蚀交互作用的结果。

火力发电厂凝汽器钛管的焊接工艺及应用

分析了钛材的焊接性和焊接模拟试验,介绍了钛管的焊接工艺在内蒙古岱海电厂凝汽器冷凝管管板焊接中的应用,为采用钛管作为凝汽器冷凝管的机组提供借鉴。

TC4钛合金薄壁圆管纵缝TIG焊接模拟与分析

针对钛合金TC4薄壁圆管TIG焊接变形问题,采用SYSWELD焊接模拟软件和双椭球体热源模型,建立了TIG焊接有限元分析模型,对钛合金TC4薄壁圆管纵缝TIG焊接过程进行了模拟仿真。通过激光三维扫描对焊接试件变形情况进行测量,并对焊后温度场以及焊接变形进行了分析。研究表明,焊接变形模拟结果与试验结果规律较吻合,验证了有限元模型的有效性。

管子-管板角焊缝射线照相技术的进展

通过应用射线照相技术控制管子-管板角焊缝质量可以显著降低换热器运行的泄漏率。最早的技术采用192Ir源γ射线+胶片系统。以棒阳极X射线机取代192Ir源γ射线机后,提高了照相灵敏度,并有效解决了钛材焊缝的检测难题。数字射线检测技术(CR和DR)在管子-管板角焊缝射线照相应用中已取得成功,显示出明显的优势和良好的应用前景。正在制订中的管子-管板角焊缝射线照相标准为该技术的推广奠定了基础。

厚壁焊接钛管的等离子填丝+脉冲TIG双枪焊接工艺研究

钛及钛合金厚壁焊管是海水淡化和海洋工程等行业的主要部件。采用前置直流等离子填丝+后置脉冲TIG电弧的双枪焊法,无耦合的等离子焊+TIG焊形式利用等离子弧焊与TIG焊的优点实现了大口径壁厚4 mm的TA1焊接钛管的优质、稳定焊接。结果表明,随着等离子气体流量的增加,直流等离子填丝焊的熔深增加,厚壁钛管全熔透;后置TIG电弧对已形成焊缝进行重熔,TIG焊脉冲频率的增加可以降低焊缝晶粒尺寸,提高接头性能,并对前置等离子填丝焊过程出现的咬边等缺陷具有较好的修复作用。本方法不但扩大了焊缝成形的工艺窗口,而且焊接过程稳定,接头抗拉强度达到354 MPa,经实际生产验证,实现了厚壁焊接钛管的低成本优质焊接生产。

钛制热交换器换热管与管板的快速焊接

钛制热交换器换热管与管板的焊接工作量大,且焊接时焊道容易氧化。为了防止氧化,采用小电流慢速焊;为了防止氩气流失快,在换热管内放置铜堵,增加保护效果。这样做虽然能保证焊接质量,但是焊接效率低。因此,在焊枪上加装一种自制的大保护罩,可将整根管的全部焊接高温区置于氩气保护之下,可实现大幅度提速焊接,既保证焊接过程中不氧化,又显著地提高了焊接效率。通过在塔顶分缩器钛换热管端面焊的应用,证明这种焊接方法简单、实用。

薄壁TA2钛管高频焊接接头的组织和力学性能

采用光学显微镜和扫描电镜分析了壁厚为0.5 mm的TA2钛管高频感应焊接接头的组织,并对焊缝和母材进行了力学性能测试。结果表明:当焊接速度为60 m/min,焊接功率为18~21 kW,热输入为18~21 kJ/m,挤压量为0.200 mm时可获得成形性好、无宏观缺陷的焊接接头,焊缝连续笔直,表面无裂纹,外毛刺连续均匀。焊接接头组织在焊后冷却过程中发生了不完全转变,部分α相转变为α′相,焊缝及热影响区的组织由粗大锯齿状α相和部分针状α′(针状马氏体)相组成。焊缝及母材显微硬度呈“M”型对称分布,两侧热影响区硬度最高,母材次之,焊缝中心硬度最低。焊接热影响区针状马氏体的存在是导致硬度显著高于母材的主要原因。在合适的工艺条件下,焊接接头的平均抗拉强度为446.8 MPa,达到母材的82%;伸长率为16%,低于母材(26%),焊接接头断口有明显的韧性断裂特征。

钛热交换器胀焊接头胀接残余接触压力模拟计算

通过非线性有限元方法,对TA2换热管与TA2-Q345R复合管板的连接接头进行了胀焊模拟,得到了4种胀焊接头接触面残余接触压力分布。计算结果表明,不开槽接头在接触面两端残余接触压力较高,开槽接头在胀接区域一端及开槽处残余接触压力较高,并且受到周围管孔的影响,残余接触压力的环向分布不均匀。在不开槽的情况下,先焊后胀的残余接触压力要高于先胀后焊的残余接触压力。在开槽情况下,先焊后胀的残余接触压力与先胀后焊的残余接触压力基本近似,且远大于不开槽胀焊接头的残余接触压力。

Gr.2换热管与管板的TIG封焊工艺研究

针对Gr.1+S30403IV(12 mm+328 mm)爆炸复合管板、Gr.2(φ19.05 mm×2.41 mm)换热管开展TIG封焊工艺研究,对接头进行了外观、渗透、低倍金相和显微硬度检测,设计了封焊接头的轴向拉脱试验,并测定了接头的强度。结果表明,坡口形式对焊缝外观和根部熔合情况有显著影响。采用优化的坡口形式和焊接工艺获得了焊缝外观及渗透检测合格、根部焊透、最小泄漏通道不小于管壁厚度的封焊接头。拉脱试验结果表明封焊接头抗拉强度均高于管材标准要求的抗拉强度。将该工艺应用于实际产品管板封焊后,封焊接头可通过渗透检测、氦检漏及水压测试。

钛-钢复合管板复层金属修复工艺研究

文章从钛-钢复合管板缺陷产生的原因出发,介绍了缺陷对产品质量的影响及修复的必要性。通过拟定的焊接工艺参数进行了钛-钢复合管板钛层的修复试验,并对焊接接头进行了宏观、硬度检查及显微组织分析。结果表明:拟定的焊接工艺参数满足钛层修复的需要,焊接接头的显微组织差异不大,接头的硬度值及耐腐蚀性符合钛-钢复合管板的使用性能。

TC4厚壁管全位置PAW工艺及接头性能分析

介绍了一种适合TC4钛合金厚壁管的等离子弧焊接新工艺,通过对工艺参数分区控制和优化匹配,实现了钛合金管道全位置优质焊接.采用光学显微镜、扫描电镜以及显微维氏硬度仪分别对特征位置焊接接头的显微组织、断口形貌以及显微硬度进行表征.结果表明,特征位置接头焊缝区及热影响区显微组织均主要由网篮状α′相、针状α相以及粗大β相组成;接头拉伸性能良好,拉伸试样均断裂于母材处;冲击试样的断裂形式为韧性断裂;焊缝区及热影响区硬化区的硬度值高于母材.